[发明专利]连铸连轧温度场跟踪铸坯温度的方法及装置

说明书

本发明提供一种连铸连轧温度场跟踪铸坯温度的方法及装置，包括：将铸坯生产从连铸到轧钢分成多个区域，所述多个区域包括连铸切割区域和输送轨道；采用转换温度和转换热焓的方式，计入凝固潜热和比热随温度变化，考虑导热系数随温度的变化，构建温度场模型；坯块的传热边界为区域换热边界，以坯块的方式实现从连铸到轧钢的多个区域的温度场的跟踪。上述方法及装置给出连铸到轧钢各个位置的铸坯从表面到内部，从坯头到坯尾温度场的结果。

技术领域

本发明涉及连铸技术领域，更为具体地，涉及连铸连轧温度场跟踪铸坯温度的方法及装置。

背景技术

在连铸到轧钢连接方式中，目前大概分五类，分别为连铸坯直接轧制(I型)、连铸坯热直接轧制(II型)、连铸坯直接热装轧制(III型)、连铸坯热装轧制(IV型)和连铸坯冷装炉加热后轧制(V型)，各工艺描述如下表所示：

表1

目前连铸有铸坯温度在线计算模型，加热炉也有温度计算预测模型，但两个区域之间并没有关联，加热炉内铸坯的初始温度为测量的表面温度，这对于V型和IV型两种方式来说没有误差，因为经过了长时间的冷却或者保保温缓冷后，铸坯内外温度基本相同，测试的表面温度即为铸坯各处的温度，作为加热炉内铸坯初始温度没有问题，但对于III型来说，连铸坯切割后热坯直接进入加热炉，铸坯存在表面和内部的温度差，加热炉内温度计算预测模型以表面温度为铸坯各处的初始温度，自然会带来误差；

另外，现有技术对铸坯到达初轧的温度也只是通过出轧辊前面的测温点获得，从而确定轧制工艺，这种方式对于V型、IV型和III型来说，因为经过了加热炉后，铸坯温度基本上都是均匀的，到达初轧位置时，测量的表面温度基本上等于铸坯各处的温度，所以基本上误差不大，而对于I型、II型及现在流行的棒线材免加热直送轧制工艺来说，连铸热坯不经过加热直接到达初轧，铸坯表面温度和中心温度的温度场始终存在，用表面温度作为轧制工艺存在较大误差。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种给出连铸到轧钢各个位置的铸坯从表面到内部，从坯头到坯尾温度场的结果的连铸连轧温度场跟踪铸坯温度的方法及装置。

根据本发明的一个方面，提供一种连铸连轧温度场跟踪铸坯温度的方法，包括：

将铸坯生产从连铸到轧钢分成多个区域，所述多个区域包括连铸切割区域和输送轨道；

采用转换温度和转换热焓的方式，计入凝固潜热和比热随温度变化，考虑导热系数随温度的变化，通过下式构建温度场模型

其中，ρ为铸坯密度，t为传热时间，λ₀是参考温度T₀下的导热系数，为转换温度，H为转换热焓，x为厚度方向坐标，y为宽度方向坐标，λ(T)为铸坯的温度T下的导热系数，H₀为参考热焓，L为凝固潜热，c_p(τ)为温度τ下的比热，f_s为固相率；

坯块的传热边界为区域换热边界，以坯块的方式实现从连铸到轧钢的多个区域的温度场的跟踪。

优选地，所述坯块的边界换热条件为第三类边界条件，通过下式构建第三类边界条件

其中，n是铸坯表面的外法线方向，T_∞为环境温度；h为铸坯表面与周围环境的传热系数，为转换温度的一阶导数。

进一步优选地，所述第三类边界条件的铸坯表面与周围环境的传热系数包括相对辐射换热系数和附加换热系数，所述相对辐射换热系数为连铸到轧钢之间的非全辐射换热系数，所述附加换热系数为传导和对流传热方式的换热系数。