[发明专利]一种连铸倒角结晶器铸坯模拟装置以及该装置的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种连铸倒角结晶器铸坯模拟装置以及该装置的应用；特别涉及一种钢铁生产过程中连铸倒角结晶器内初始凝固坯壳角部传热及角部裂纹形成模拟装置以及该装置的应用。

背景技术

钢铁连铸板坯角部横裂纹是钢铁生产中影响最大的质量缺陷，微合金钢与低合金钢尤其严重，通常需要进行下线火火焰切角才能去除，否则将导致所生产的钢板成材率低、严重时报废或产品降级，既影响生产工艺顺行，又造成金属收得率下降与能源大量浪费，最终影响企业的经济效益。

长期以来，板坯表面角部横裂纹始终困扰着各大钢铁企业，虽然科研人员做出了极大的努力，所提出的预防措施也因各企业的实际情况效果不佳，从来没有从根本上杜绝角部横裂纹的出现。最近科研工作者提出了倒角结晶器新技术，认为倒角结晶器生产的板坯无常规板坯的直角部份，且新形成的角部度数大于110°，正常浇注条件下板坯角部温度能够比原直角部分提高60℃以上，使板坯表面避开了极易出现横裂纹的温度区间，角部受力状况也发生了根本变化，其所受到的综合应力明显降低。钢的高温强度和所受应力双方面都得到良好改善，板坯表面角部发生横裂纹的几率明显下降。

然而倒角结晶器技术所需解决的核心问题有三个：一是如何设计冷却系统，尤其是结晶器内冷却水槽的设计；二是如何寻求倒角面与结晶器窄面所成的最佳倒角角度；三是如何寻求倒角面的最佳宽度。设计参数选择不当会导致板坯产生大量纵裂纹，严重时发生纵裂纹漏钢。而要解决上述三个核心问题，目前最常用的方法是数值模拟与现场实验，众所周知，数值模拟因模拟的边界条件所限，往往只能定性的进行分析。现场实验不仅所需费用巨大，而且极易出现漏钢事故，造成巨大的经济损失。一次实验的成本约20万元。然而，截止到目前并没有相关采用倒角结晶器模拟系统对连铸过程进行模拟的相关工作。

发明内容

为了克服上述困难，本发明提供一种连铸倒角结晶器铸坯模拟装置以及该装置的应用。该装置可通过数据采系统监测在拉还过程中弯月面附近及角部的温度的变化，通过对温度的计算分析得到弯月面附近的热流变化以及角部热流与温场变化情况，最后将上述变化与铸还表面进行综合分析，模拟倒角结晶器内弯月面处高温保护渣、钢液等介质的行为及其相互影响，并研究各种传热、传质、相变、凝固等行为，最终为倒角结晶器的开发和设计提供可靠依据。

本发明一种连铸倒角结晶器铸坯模拟装置，包括装置下行电机(1)、振动电机(2)、定位电机(3)、拉坯电机(4)、冷却系统(5)、数据采集系统(6)、拉坯器(7)、倒角结晶器(8)、定位电极(9)、炼钢炉(10)、基座(29)；所述基座(29)上设有两根一端垂直于机座平面，另一端与装置下行电机(1)连接的第一丝杆、第二丝杆，在所述第一丝杆、第二丝杆上设有由所述第一丝杆、第二丝杆驱动沿竖直方向运动的升降托架；所述炼钢炉(10)设置在所述基座(29)上并处于所述第一丝杆、第二丝杆之间；所述振动电机(2)、拉坯电机(4)均设置在所述升降托架上；拉坯器(7)包裹着倒角结晶器(8)；所述倒角结晶器(8)通过在振动电机(2)驱动作垂直上下振动；定位电机(3)与定位电极(9)相连，拉坯电机(4)与拉坯器(7)相连；

所述连铸倒角结晶器(8)包括结晶器宽面(19)、结晶器窄面(21)、倒角面(20)；与所述结晶器宽面(19)相对的外壁为宽面外壁(13)，在结晶器宽面(19)与宽面外壁(13)所构成的空间内布有第一组热电偶(23)、第二组热电偶(24)以及与冷却系统(5)相连的1号冷却水槽(14)，1号冷却水槽(14)的进/出口位于连铸倒角结晶器(8)的顶部；与所述结晶器窄面(21)相对的外壁为窄面外壁(18)，在结晶器宽面(19)与宽面外壁(13)所构成的空间内布有与冷却系统(5)相连的2号冷却水槽(15)，2号冷却水槽(15)的进/出口位于连铸倒角结晶器(8)的顶部；所述连铸倒角结晶器(8)内还设有垂直于倒角面(20)的第三组热电偶(25)、第四组热电偶(26)；所述连铸倒角结晶器(8)内还设有与冷却系统(5)相连的3号冷却水槽(16)，所述3号冷却水槽(16)的进/出口位于连铸倒角结晶器(8)的顶部；

所述定位电机(3)控制定位电极(9)运行。

本发明一种连铸倒角结晶器铸坯模拟装置，倒角面(20)与结晶器窄面(21)所形成的倒角(17)的角度为15°-50°，优选为30-50°，进一步优选为45°。

本发明一种连铸倒角结晶器铸坯模拟装置，结晶器宽面(19)宽度为15-50mm，优选为15-30mm，更进一步优选为20mm。