[发明专利]一种连铸结晶器保护渣液态、固态渣膜与气隙厚度非均匀分布的计算方法在审

专利信息
申请号: 201410652827.0 申请日: 2014-11-17
公开(公告)号: CN104331629A 公开(公告)日: 2015-02-04
发明(设计)人: 王旭东;姚曼;孔令伟 申请(专利权)人: 大连理工大学
主分类号: G06F19/00 分类号: G06F19/00;B22D11/16
代理公司: 大连星海专利事务所 21208 代理人: 花向阳
地址: 116024 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 结晶器 保护 液态 固态 厚度 均匀分布 计算方法
【权利要求书】:

1.一种连铸结晶器保护渣液态、固态渣膜与气隙厚度非均匀分布的计算方法,其特征在于:综合考虑保护渣渣膜和气隙在连铸结晶器内的形成、演化与传热特征,提供一种将数值模拟与在线检测相结合,准确计算结晶器内液态、固态保护渣渣膜和气隙厚度非均匀分布的方法,具体包括以下步骤:

第1步:结晶器传热/铸坯凝固数值模型建立

基于结晶器铜板和连铸坯断面工艺条件,建立二维非稳态结晶器传热/铸坯凝固数值计算模型,利用有限差分法将模型进行离散化处理;将断面尺寸、拉速、浇温、液位工艺参数,以及钢种、结晶器铜板和保护渣热物性参数输入传热凝固数值模型;

第2步:结晶器和铸坯温度场反问题计算

在二维结晶器/铸坯切片沿浇铸方向从弯月面向下移动至结晶器出口的过程中,通过反算迭代降低铜板测点处计算温度与实测温度的差值,当铜板测点处计算温度高于实测温度时,表明热流高于实际值,需要降低热流;反之,在计算温度低于实测温度时,需要增加热流,通过反复迭代,直至计算结果满足误差的收敛条件,进而获得结晶器与铸坯间的反算热流q、结晶器铜板热面温度Tm与连铸坯表面温度Ts

第3步:判断结晶器与铸坯间缝隙内液态、固态渣膜和气隙的存在状态并计算其厚度

(1)当连铸坯表面温度(Ts)>保护渣凝固温度(Tfsol)时,缝隙内仅存在液态渣膜和固态渣膜,

液态渣膜厚度dl通过以下公式计算:

dl=-f2+f22-4f1f32f1---(1)]]>

f1、f2、f3的计算方法如下:

f1=0.75αlqTs-Tfsol---(2)]]>

f2=q(1ϵs+1ϵf-1)Ts-Tfsol-0.75αlkl-σml2(Tfsol2+Ts2)(Tfsol+Ts)---(3)]]>

f3=-(1ϵs+1ϵf-1)kl---(4)]]>

上式中,q为结晶器与铸坯间的反算热流,W/m2;Tfsol为保护渣凝固温度,K;Ts为铸坯表面温度,K;εs和εf分别为铸坯和保护渣的发射率;αl为液渣的消光系数,/m;kl为液渣的传热系数W/(m·K);σ为斯特凡波尔兹曼常数;W/(m2·K4);ml为液渣折光率;

固态渣膜厚度ds通过以下公式计算:

ds=-g2+g22-4g1g32g1---(5)]]>

g1、g2、g3的计算方法如下:

g1=0.75αsqTfsol-Tm-qRint---(6)]]>

g2=q(1ϵm+1ϵf-1)Tfsol-Tm-qRint-0.75αsks-σms2[Tfsol2+(Tm+qRint)2][Tfsol+(Tm+qRint)]---(7)]]>

g3=-(1ϵm+1ϵf-1)ks---(8)]]>

上式中,Tm为结晶器热面温度,K;Rint为固态保护渣与结晶器热面的接触热阻,m2·K/W;εm为结晶器铜板的发射率;αs为固渣的消光系数,/m;ks为固渣的传热系数,W/(m·K);ms为固渣折光率;

(2)当连铸坯表面温度(Ts)=保护渣凝固温度(Tfsol)时,液态保护渣完全凝固,缝隙内仅存在固态渣膜,固态渣膜厚度ds通过以下公式计算:

ds=-h2+h22-4h1h32h1---(9)]]>

h1、h2、h3的计算方法如下:

h1=0.75αsqTs-Tm-qRint---(10)]]>

h2=q(1ϵm+1ϵs-1)Ts-Tm-qRint-0.75αsks-σms2[Ts2+(Tm+qRint)2][Ts+(Tm+qRint)]---(11)]]>

h3=-(1ϵm+1ϵs-1)ks---(12)]]>

(3)当连铸坯表面温度(Ts)<保护渣凝固温度(Tfsol)时,由于没有了液渣的补充,在结晶器与保护渣之间产生气隙,缝隙内只存在固态渣膜和气隙,忽略固态渣膜的收缩,即认为已经形成的固态渣膜厚度不变,气隙的厚度da通过以下公式计算:

da=0.5σka(ϵm+ϵf)(Ts-Tm-qRs)[Tm2+(Ts-qRs)2](Tm+Ts-qRs)0.5(ϵm+ϵf)[Tm2+(Ts-qRs)2](Tm+Ts-qRs)-(Ts-Tm-qRs)---(13)]]>

上式中,ka为气隙的传热系数,W/(m·K);Rs为固渣热阻,m2·K/W。

2.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器保护渣液态、固态渣膜与气隙厚度非均匀分布的计算方法,其特征在于:所述方法适用于计算板坯、方坯和圆坯连铸保护渣液态、固态渣膜与气隙厚度。

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