超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法和装置，方法包括：创建钢水在连铸坯结晶器中的三维装配模型，三维装配模型包括由铜板组合而成的结晶器、结晶器铜板内的水缝和水孔、结晶器内钢水和保护渣；将三维装配模型中的结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层，或三维装配模型中的结晶器内钢水、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层；获取不同拉速下各层界面的界面换热系数来完成移动边界条件的创立；基于移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程。本发明专利技术采用了移动边界条件，可以同时拟合结晶器内钢水的温度场和结晶器铜板的温度场，进行铸坯热—力耦合，更逼近实际的连铸过程。更逼近实际的连铸过程。更逼近实际的连铸过程。

【技术实现步骤摘要】
超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法和装置


[0001]本专利技术涉及炼钢近终形连铸
，尤其涉及一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法和装置。

技术介绍

[0002]连铸坯在结晶器中凝固过程对连铸坯的质量有直接影响，比如铸坯内部裂纹、表面裂纹、缩孔、偏析等缺陷均与铸坯在结晶器中的温度分布直接相关，同时铸坯的温度分布影响着铸坯出结晶器时的坯壳厚度，从而关乎是否出现漏钢事故。结晶器是连铸工艺中的核心设备，铜板热面温度分布决定结晶器内腔形状和尺寸设计、铜板中水孔或水缝的布置与尺寸设计，因此在开发新产品或实际生产过程中，预测结晶器内铸坯温度场和结晶器内腔铜板温度场至关重要。
[0003]超大型异形坯的铸坯断面尺寸大，形状复杂，腹板、翼缘宽面、翼缘窄面、R角、斜面的温度分布不一致，尤其翼缘部分冷却快，温度低，受腹板处结晶器铜板的限制，凝固收缩受到阻碍，如果结晶器内腔尺寸和结晶器内水孔或水缝设计不当，达不到均匀传热，极易产生裂纹，因此预测不同拉速、不同浇注温度、不同保护渣厚度、不同冷却条件下结晶器内异形坯温度场和应力场、结晶器热面温度场尤为重要。
[0004]目前，对于连铸过程的模拟大多采用商用软件如ANSYS、ABAQUS、Marc、Procast等，普遍建立的是二维传热及热—力耦合模型，进行稳态热传导有限元分析，这种二维模型只计算某一横断面铸坯和结晶器铜板的传热，不能全面模拟整个结晶器内钢水的凝固过程，更不能全面给出结晶器铜板热面的温度场，从而不能为结晶器铜板内腔形状和尺寸设计、水孔或水缝设计提供准确依据。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法和装置，以解决上述提及的至少一个问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下方案：
[0007]根据本专利技术的第一方面，提供一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法，所述方法包括：创建钢水在连铸坯结晶器中的三维装配模型，所述三维装配模型包括由铜板组合而成的结晶器、结晶器铜板内的水缝和水孔、结晶器内钢水和保护渣；将所述三维装配模型中的结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层，或将述三维装配模型中的结晶器内钢水、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层；获取不同拉速下各层界面的界面换热系数来完成移动边界条件的创立；基于所述移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程。
[0008]优选的，本专利技术实施例的上述方法还包括：在靠近结晶器内腔的结晶器铜板中设置多个处于不同位置的检测点，在数据库中存储所述检测点处的温度
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时间曲线、压力
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时间曲线和速度
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时间曲线。
[0009]优选的，本专利技术实施例的上述方法还包括：对结晶器内的铸坯、结晶器内水缝和水孔的模型划分有限差分计算网格，所述有限差分计算网格数量根据计算机性能加以设定。
[0010]优选的，本专利技术实施例的上述方法中界面换热系数包括：铸坯与铜板界面的界面换热系数、冷却介质与铜板界面的界面换热系数。
[0011]优选的，本专利技术实施例的上述方法中获取不同拉速下各层界面的界面换热系数来完成移动边界条件的创立包括：建立不同拉速下随时间变化的各层界面的界面换热系数数据库；从所述界面换热系数数据库中将处于不同层不同时间段的铸坯与铜板界面、冷却介质与铜板界面的界面换热系数选取出来完成移动边界条件的创立。
[0012]优选的，本专利技术实施例的上述方法中建立不同拉速下随时间变化的各层界面的界面换热系数数据库包括：根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器铜板层数、结晶器内水孔或水缝层数，计算不同层结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝中冷却介质对结晶器内钢水的冷却时间；或根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器内钢水层数、结晶器内水孔或水缝层数计算不同层钢水被结晶器铜板和结晶器内水孔或水缝中冷却介质的冷却时间；根据各层界面的材质确定界面换热系数；基于所述冷却时间和界面换热系数建立时间
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界面换热系数曲线；以所述时间
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界面换热系数曲线对应的数据建立界面换热系数数据库。
[0013]优选的，本专利技术实施例的上述方法中基于所述移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程包括：基于所述移动边界条件模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场，预测出连铸坯出结晶器时坯壳厚度、热裂位置与倾向、铸坯不同位置的凝固收缩量、铜板热面最高温度及其位置。
[0014]优选的，本专利技术实施例的上述方法中基于所述移动边界条件模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场包括：基于所述移动边界条件选择凝固计算模型和应力计算模型来计算模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场。
[0015]根据本专利技术的第二方面，提供一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真装置，所述装置包括：模型创建单元，用于创建钢水在连铸坯结晶器中的三维装配模型，所述三维装配模型包括由铜板组合而成的结晶器、结晶器铜板内的水缝和水孔、结晶器内钢水和保护渣；模型分层单元，用于将所述三维装配模型中的结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层，或将述三维装配模型中的结晶器内钢水、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层；边界条件创立单元，用于获取不同拉速下各层界面的界面换热系数来完成移动边界条件的创立；模拟仿真单元，用于基于所述移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程。
[0016]优选的，本专利技术实施例的上述装置还包括：检测点设置单元，用于在靠近结晶器内腔的结晶器铜板中设置多个处于不同位置的检测点，在数据库中存储所述检测点处的温度
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时间曲线、压力
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时间曲线和速度
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时间曲线。
[0017]优选的，本专利技术实施例的上述装置还包括：网格划分单元，用于对结晶器内的铸坯、结晶器内水缝和水孔的模型划分有限差分计算网格，所述有限差分计算网格数量根据计算机性能加以设定。
[0018]优选的，本专利技术实施例的上述界面换热系数包括：铸坯与铜板界面的界面换热系数、冷却介质与铜板界面的界面换热系数。
[0019]优选的，本专利技术实施例的上述边界条件创立单元包括：数据库建立模块，用于建立不同拉速下随时间变化的各层界面的界面换热系数数据库；边界条件创立模块，用于从所述界面换热系数数据库中将处于不同层不同时间段的铸坯与铜板界面、冷却介质与铜板界面的界面换热系数选取出来完成移动边界条件的创立。
[0020]优选的，本专利技术实施例的上述数据库建立模块包括：冷却时间计算子模块，用于根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器铜板层数、结晶器内水孔或水缝层数，计算不同层结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝中冷却介质对结晶器内钢水的冷却时间；或根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器内钢水层数、结晶器内水孔或水缝层数计算不同层钢水被结晶器铜板和结晶器内水孔或水缝中冷却介质的冷却时间；换热系数确定子模块，用于根据各层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：创建钢水在连铸坯结晶器中的三维装配模型，所述三维装配模型包括由铜板组合而成的结晶器、结晶器铜板内的水缝和水孔、结晶器内钢水和保护渣；将所述三维装配模型中的结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层，或将述三维装配模型中的结晶器内钢水、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层；获取不同拉速下各层界面的界面换热系数来完成移动边界条件的创立；基于所述移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程。2.如权利要求1所述的超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：在靠近结晶器内腔的结晶器铜板中设置多个处于不同位置的检测点，在数据库中存储所述检测点处的温度
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时间曲线、压力
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时间曲线和速度
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时间曲线。3.如权利要求1所述的超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：对结晶器内的铸坯、结晶器内水缝和水孔的模型划分有限差分计算网格，所述有限差分计算网格数量根据计算机性能加以设定。4.如权利要求1所述的超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法，其特征在于，所述界面换热系数包括：铸坯与铜板界面的界面换热系数、冷却介质与铜板界面的界面换热系数。5.如权利要求4所述的超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法，其特征在于，所述获取不同拉速下各层界面的界面换热系数来完成移动边界条件的创立包括：建立不同拉速下随时间变化的各层界面的界面换热系数数据库；从所述界面换热系数数据库中将处于不同层不同时间段的铸坯与铜板界面、冷却介质与铜板界面的界面换热系数选取出来完成移动边界条件的创立。6.如权利要求5所述的超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法，其特征在于，所述建立不同拉速下随时间变化的各层界面的界面换热系数数据库包括：根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器铜板层数、结晶器内水孔或水缝层数，计算不同层结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝中冷却介质对结晶器内钢水的冷却时间；或根据拉速、钢水在结晶器中的高度及结晶器内钢水层数、结晶器内水孔或水缝层数计算不同层钢水被结晶器铜板和结晶器内水孔或水缝中冷却介质的冷却时间；根据各层界面的材质确定界面换热系数；基于所述冷却时间和界面换热系数建立时间
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界面换热系数曲线；以所述时间
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界面换热系数曲线对应的数据建立界面换热系数数据库。7.如权利要求1所述的超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法，其特征在于，所述基于所述移动边界条件模拟连铸坯在结晶器内的连铸过程包括：基于所述移动边界条件模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场，预测出连铸坯出结晶器时坯壳厚度、热裂位置与倾向、铸坯不同位置的凝固收缩量、铜板热面最高温度及其位置。8.如权利要求7所述的超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真方法，其特征在于，所述基于所述移动边界条件模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度
场包括：基于所述移动边界条件选择凝固计算模型和应力计算模型来计算模拟连铸坯在不同参数下的连铸坯温度场和应力场、结晶器温度场。9.一种超大型连铸坯在结晶器内连铸过程的仿真装置，其特征在于，所述装置包括：模型创建单元，用于创建钢水在连铸坯结晶器中的三维装配模型，所述三维装配模型包括由铜板组合而成的结晶器、结晶器铜板内的水缝和水孔、结晶器内钢水和保护渣；模型分层单元，用于将所述三维装配模型中的结晶器铜板、结晶器内水孔或水缝沿高度方向分为若干层，或将述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，耿明山，王永涛，陈杰，雷少武，李伟，
申请(专利权)人：中冶京诚工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：