[发明专利]板坯连铸结晶器热流密度的确定方法

说明书

一、技术领域

连铸坯的表面质量主要取决于结晶器内初生凝固坯壳的均匀性、弯月面的传热强度和热流均匀性。控制初始凝固坯壳的形成，关键在于形成合适的坯壳强度和厚度，而初始凝固的传热特性和坯壳受力情况是其两大决定因素。了解和控制初始凝固坯壳的传热特性，并且提出相关控制技术，可以获得较好的表面质量。因此，连铸结晶器热流密度的大小是连铸研究工作的热点和难点。

二、背景技术

结晶器被称为连铸过程的“心脏”，对铸坯质量产生决定性的影响。正确的掌握结晶器内的传热边界条件对于改善结晶器铜板的工作条件，更好的实现漏钢预报，以及更复杂的铸坯表面质量诊断和预测工作都有极其重要的作用。采用数值模拟的方法计算结晶器内的传热过程既可以了解到各种工况条件对传热产生的影响，而且还可以显著的减少用于现场测试的成本。但是，数值模拟的方法需要准确的传热边界条件才能得到可靠的结果。目前很多研究者在进行结晶器热分析计算时，直接采用Samarasekra等在测定静止水冷结晶器内热流与钢液停留时间关系的基础上得到的铸坯与结晶器界面间局部热流密度的计算公式：作为热面的边界条件进行计算，这无疑和实际生产过程产生了很大的误差。实际生产中，凝固坯壳与结晶器之间保护渣的流入，形成固态和液态渣膜，渣膜的存在状态、导热系数等都极大地影响着整个过程热量的传递。

三、发明内容

本发明根据保护渣动量与质量守恒，以及结晶器内稳态传热过程，计算保护渣渣膜厚度，从而得到结合实际生产过程的热流密度作为边界条件，建立结晶器三维传热计算模型，计算结晶器温度场，实现了考虑渣膜参与传热的结晶器稳态传热数学模拟。

四、具体实施方式

1.渣膜厚度计算模型

在钢水自由液面所添加的保护渣溶化并且在凝固坯壳和结晶器内壁之间流动，在液态情况下，充当凝固坯壳和结晶器内壁之间的润滑剂。靠近结晶器内壁的保护渣冷却非常快，形成了很薄的玻璃态渣层，如果在结晶器内停留时间足够长的话可以成为结晶态。相对来说可以被称之为固态的保护渣渣膜通常是紧贴结晶器内壁的，但偶尔也会以小于拉速的速度V_solid(m/min)间歇性的被拉下。这类渣层的结构取决于它的冷却效率，可以是玻璃态的也可以是结晶态的或者两者结合的。本文为研究问题方便假设渣膜全为固态。

V_solid＝f_v·V_c(1)

式中：V_c为拉速(m/s)；f_v为固态渣速度比

只要凝固坯壳表面温度在保护渣结晶器温度以上，就会有液态渣随着钢液被拉下，从而造成保护渣的大量消耗，液态渣运动的速度靠近固态渣一面速度小，靠近凝固坯壳一面速度大，其平均速度为。