[发明专利]确定和控制连铸板坯材料流程的方法

说明书

本发明涉及连铸板坯在连铸设备与轧机之间的传送路径上，借助于温度跟踪和优化，确定及控制连铸板坯尤其扁钢的材料流程的方法。

对于运行连接轧机的连铸设备和在设计作为在连铸设备与轧机之间的连接环节的板坯连铸的精整工段时，重要之点始终是，了解刚刚浇铸好或中间存放的板坯存在的含热量，以便将板坯经济和优化地置于与其内部尚存在的含热量相应的材料流程之中。因为刚刚铸造好的板坯有不均匀的温度剖面并经过较长的时间趋于均匀的温度剖面，所以人们不可能借助于可测量的表面温度推断出平均的板坯温度。因此也不可能在一定的时间后了解板坯的温度剖面，以便例如使板坯通过再加热设备置于均匀的最佳轧制温度。最后，离开铸造设备后固化的板坯通过不同的输送和工艺路线，它们将导致各不相同的板坯温度剖面。取决于板坯是否在隔热状态下在辊道上输送、是否一个或多个板坯堆垛存放、是否所涉及的是开式板坯支架或板坯是否存放在开式或闭式的存储槽内，造成不同的温度剖面。此外，与在喷水设备内迟缓的冷却相比在浸水池内加速冷却板坯时也会导致不同的温度剖面。由此可知，应谋求发现和了解各种板坯的冷却过程，以便将获得的认识有目的地使用于材料跟踪和材料流程控制，迄今这些主要是建立在经验数据和试验结果的基础上。

以所描述的问题为出发点，本发明的目的是发明一种确定和控制连铸板坯尤其扁钢的材料流程的方法，这种方法可以确定连铸板坯在连铸设备与轧机之间的路径上的热含量和温度剖面并可有目的地利用，以便将找到的数据应用于现有的板坯跟踪系统中，从而获得在能量上最佳的亦即经济和可靠的材料流程。

为达到此目的，按本发明建议，为了确定板坯热量和温度剖面，从连铸设备结晶器出口处已知的液态温度和对板坯物理参数的了解出发，借助于一种数学物理模型，计算在板坯内所含热量的对流混合及不均匀冷却的板坯向当时的周围介质取决于时间的散热，计算结果必要时与测量的板坯表面温度一起应用于控制材料在现有的板坯跟踪系统内的流程。

采用按本发明的建议，板坯可以有控制地通过连铸设备不同的材料流程引入轧机，如温装料轧、热装料轧、冷装料轧或热直接轧。同样可以找到堆垛中不同板坯的冷却过程，如确定不同板坯表面的冷却过程，以便借助于检查测量推断出在板坯内部的温度。用计算得到的数值和附加的设备生产数据，例如可以确定存储槽的尺寸以及可以预测在运行中不同平均温度下的热量利用状况。

在按本发明方法的一种优先选用的设计中规定，为了计算数学物理模型采用二维有限元素法。有限元计算方法允许模拟不同的过程，这种模拟用来支持结构发展、逐步处理、销售和在这里的情况下还用来支持未来的设备运行。结构设计时经常使用这种方法，以便通过结构力学的分析能认识到潜在的危险并将它减少到最低程度。人们可以通过应力应变分析、温度计算、热力学模拟以及通过确定固有频率及本构方程达到结构优化的目的。往往在设计阶段就已经要求作建立在有限元计算的基础上的设备运行模拟，并签订在设备供应协议中作为合同的固定组成部分。

借助于有限元素法的计算也在设计数学物理模型时实施，这些计算必须在线用很短的时间提供准确的结果，提供的结果主要涉及参数讨论，由此最终导出分析公式。

对于本发明，为了计算数学物理模型采用二维的有限元素法、有限差分法或具有脱线研究导出的公式的软件。

为了使方法可以实现，可以在脱线研究中使用通用的商业有限元程序包。也许对在线而言它过大和太慢。因此应采用一种方法(这种方法也可以是一种有限元素法或有限差分法)，也就是说应是一种可编成程序的方法，它专门适应板坯的几何形状(矩形)并因而足够迅速。这种在线的方法可以用脱线的有限元程序包检验。

作为板坯的物理参数最好使用与温度有关的材料参数，如密度ρ、比热Cp、热导率λ和氧化性能。

在方法的一种优化中，按本发明将计算结果和测量的板坯表面温度与在板坯跟踪系统中材料流程的自动化结合。