【技术实现步骤摘要】
一种小方坯连铸结晶器内坯壳凝固收缩计算方法
[0001]本专利技术涉及炼钢连铸
,尤其涉及一种小方坯连铸结晶器内坯壳凝固收缩计算方法。
技术介绍
[0002]连铸生产的小方坯是型材和线棒材的主要坯料,由小方坯加工而成的钢筋、盘条、型钢、扁钢等被广泛应用于建筑桥梁、汽车制造、家具家电、船舶海洋等民生领域,为国民经济发展提供了重要支撑。由于小方坯拉速较高,其初凝坯壳与结晶器铜管间的非充分接触问题尤为突出,易导致传热不均,并引发铸坯表面及皮下裂纹,威胁下游轧制加工环节的生产质量,严重时会导致产品降级甚至判废,给企业造成巨大的经济损失,现已成为小方坯连铸高效和高质化生产亟待解决的共性技术难题。
[0003]为控制由接触不良造成的小方坯表面及皮下质量缺陷,需全面了解结晶器内初凝坯壳的凝固收缩特性及生长规律,在此基础上,优化现有结晶器内腔结构,改进锥度设计,提高坯壳
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铜管间界面传热均匀性。简而言之,掌握结晶器内初凝坯壳动态收缩行为及其演变规律,是开发新型的小方坯连铸结晶器,从而抑制铸坯表面裂纹,提高产品质量的关键。
[0004]由于钢在结晶器内的凝固过程具有“黑箱”性特点,且其影响因素众多,包括水口布流、铜管结构、坯壳
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铜管接触、保护渣性能及分布、冷却水温度及流速等,传统的物理实验较难对结晶器内复杂的物理行为及现象进行全方位描述,故而,当前多采用数值模拟方法对连铸结晶器内坯壳的凝固行为进行研究。另一方面,在实际生产过程中,小方坯连铸结晶器普遍采用非线性锥度补偿设计,加 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种小方坯连铸结晶器内坯壳凝固收缩计算方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1.确立小方坯连铸结晶器进行模拟计算的相关参数;步骤2.根据步骤1中确立的模拟计算的相关参数,获得钢、结晶器铜管、冷却水的物性参数;步骤3.基于小方坯连铸结晶器的结构参数,建立小方坯连铸结晶器仿真模型;考虑小方坯连铸多采用弧形结晶器,即非对称结构,在建立小方坯连铸结晶器仿真模型的过程中采用1:1等比例关系建模;步骤4.设定小方坯连铸结晶器仿真模型初始条件及边界条件;步骤5.构建坯壳
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结晶器界面传热模型,耦合分析渣道内液、固态保护渣及气隙的分布,定量化描述传热介质分布对坯壳
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结晶器界面传热的影响;步骤6.构建结晶器
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冷却水界面传热模型,分析铜管外部冷却水的流动及换热,定量化描述结晶器
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冷却水界面传热行为;步骤7.设定小方坯连铸结晶器仿真模型求解参数,包括松弛变量、终止条件;步骤8.提交模拟运算,待运算结束后提取计算结果,分析小方坯连铸结晶器内坯壳的凝固传热及收缩行为。2.根据权利要求1所述的一种小方坯连铸结晶器内坯壳凝固收缩计算方法,其特征在于:所述相关参数包括结晶器结构参数、钢种成分、拉速和过热度、结晶器冷却水流量和进出口水温;所述结晶器结构参数包括结晶器铜管结构、镀层分布、外部水套结构、浇铸断面尺寸、结晶器锥度和结晶器有效工作高度。3.根据权利要求2所述的一种小方坯连铸结晶器内坯壳凝固收缩计算方法,其特征在于:所述步骤2的具体方法为:步骤2
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1.根据钢种成分,确立钢的高温物性参数,具体包括钢的固/液相线、凝固过程相分率、密度、比热、焓值、热导率、线性热膨胀系数、弹性模量和泊松比演变;步骤2
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2.根据结晶器铜管的质地,确立铜基体热物性参数及镀层热物性参数,具体包括铜基体在各温度下的导热系数、比热和密度,以及镀层的导热系数、比热及密度;步骤2
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3.确立浇铸现场结晶器循环冷却水的物性参数,具体包括水的密度、比热、导热系数和粘度。4.根据权利要求3所述的一种小方坯连铸结晶器内坯壳凝固收缩计算方法,其特征在于:所述步骤3的具体方法为:步骤3
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1.根据步骤1中所确立的结晶器铜管结构,对结晶器铜管进行1:1几何建模,真实体现小方坯结晶器内腔结构及非线性锥度补偿;步骤3
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2.对所建立的结晶器铜管几何模型进行网格划分,构建结晶器铜管有限元模型;步骤3
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3.对结晶器铜管有限元模型中的结晶器铜管内表面网格进行细化,并对铜基体网格和镀层网格加以区分;步骤3
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4.将步骤2
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2中所确立的铜基体热物性参数及镀层热物性参数分别赋予铜基体网格和镀层网格;步骤3
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5.根据步骤1中所确立的浇铸断面尺寸、结晶器有效工作高度建立1:1钢铸流几何模型;
步骤3
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6.对所建立的钢铸流几何模型进行网格划分,构建钢铸流有限元模型;步骤3
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7.将步骤2
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1中所确立的钢的高温物性参数赋予钢铸流网格;步骤3
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8.根据步骤1中所确立的结晶体铜管结构及外部水套结构,对结晶器冷却水建立1:1几何建模;步骤3
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9.对所建立的冷却水几何模型进行网格划分,构建冷却水有限体积模型;步骤3
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10.将步骤2
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3中所确立的结晶器循环冷却水物性参数赋予冷却水网格;步骤3
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11.根据结晶器装配工艺,对步骤3
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4中建立的结晶器铜管网格、步骤3
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7中所建立的钢铸流网格以及步骤3
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10中所建立的冷却水网格进行装配和整合,使各装配体的空间位置与小方坯连铸结晶器相一致,得到钢铸流―结晶器铜管―冷却水系统多物理场耦合仿真模型,即小方坯连铸结晶器仿真模型。5.根据权利要求4所述的一种小方坯连铸结晶器内坯壳凝固收缩计算方法,其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员:徐东,郑冰,牛振宇,王晓英,王帅,孙晓林,杨昕昆,袁富,佘佩炎,刘浩楠,
申请(专利权)人:河北省奥时冶金技术服务有限公司介子科技河北有限公司,
类型:发明
国别省市:
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