[发明专利]一种重轨钢大方坯连铸动态轻压下量的确定方法

摘要

一种重轨钢大方坯连铸动态轻压下量的确定方法，属于炼钢连铸技术领域。包括获取铸机设备参数、工艺参数以及钢种物性参数、第一计算模块、第二计算模块及判断调整模块；连铸机设备参数及工艺参数根据相关铸机操作规程及操作要点即可得到；第一计算模块，包括前处理、计算过程以及后处理；第二计算模块采用热-力耦合的数学模型方法；判断模块用于判断铸坯中心体积收缩量Vs与轻压下对铸坯中心糊状区挤压变形量Vr相对大小。优点在于，方法简单、经济，快速高效的提高产品质量。

主权项

一种重轨钢大方坯连铸动态轻压下量的确定方法，包括获取铸机设备参数、工艺参数以及钢种物性参数、第一计算模块、第二计算模块及判断调整模块，其特征在于，具体步骤及参数如下：1)获取铸机的设备参数、工艺参数、钢种热物性参数以及热力学特性；所述连铸机的设备参数包括连铸机基弧半径、连铸坯断面尺寸宽度及厚度、结晶器长度、冷却区布置特点及喷嘴类型；工艺参数包括：结晶器水量、水温差、各冷却区水量；所述连铸机设备参数及工艺参数根据相关铸机操作规程及操作要点得到；所述钢种热物性参数包括密度、导热系数、比热，且均为温度的函数，具体计算方法如下：ρ(_δ+γ)＝ρ_δ·f_δ+ρ_γ·f_γ$k=k_L{f}_L+k_{\mathrm{\δ}}{f}_{\mathrm{\δ}}+k_{\mathrm{\γ}}{f}_{\mathrm{\γ}}+k_{\mathrm{\α}+{\mathrm{Fe}}_{3}C}(f_{\mathrm{\α}}+f_{{\mathrm{Fe}}_{3}C})$k_eff＝m·k(T)k_eff＝k(T)·[1+(m‑1)(1‑f_S)²]C＝C_Lf_L+C_δf_δ+C_γf_γ+C_α+Fe3C(f_α+f_Fe3C)$C_{eff}=f_S\·C_S+(1-f_S)\·C_L-L_f\·\frac{\∂f_S}{\∂T}$其中，f_δ，f_α，f_γ，f_L，f_Fe3C分别为给定钢种凝固过程中各相组成百分比；ρ_δ，ρ_α，ρ_γ，ρ_L，ρ_Fe3C分别为给定钢种凝固过程中各相密度；k_δ，k_α，k_γ，k_L，k_α+Fe3C分别为给定钢种凝固过程中各相导热系数；C_δ，C_α，C_γ，C_L，C_α+Fe3C分别为给定钢种凝固过程中各相比热；k_eff，C_eff，L_f分别为等效导热系数，等效比热及凝固潜热；热力学特性包括泊松比、弹性模量以及变形本构方程，均为温度的函数；2)所述第一计算模块通过传热数学模型计算分析给定钢种在凝固过程中铸坯的凝固进程，获得铸坯中心温度达到不同固相率时，凝固体积收缩的变化规律以获得在不同位置进行轻压下时需要补偿的体积收缩量，并得到第二计算模块的初始温度场；所述第一计算模块，包括前处理、计算过程以及后处理；前处理通过连铸机参数、给定钢种工艺参数计算结晶器及二冷却内换热系数，作为第一计算模块边界条件，其中结晶器内换热系数通过结晶器水流量及水温差得到平均热流密度，然后处理为从结晶器弯月面至出口处逐渐递减的平方根关系；二次冷却区内换热系数则根据各冷却区内水流密度通过经验公式计算出各区内二冷换热系数；计算过程需通过商业软件MSC.Marc通用子程序plotv.f获得铸坯中心糊状区的体积收缩量，具体计算方法为：$V_s=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i\frac{{\mathrm{\Δ\ρ}}_i\×L}{{\mathrm{\ρ}}_i\×L}\·f_{si}=A_i\·\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{{\mathrm{\Δ\ρ}}_i}{{\mathrm{\ρ}}_i}\·f_{si}=A_m\·\frac{1}{n}\·\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{{\mathrm{\Δ\ρ}}_i}{{\mathrm{\ρ}}_i}\·f_{si}$其中,V_s糊状区枝晶间浓化钢水凝固过程的体积收缩量；A_i糊状区离散单元i的面积；A_m糊状区所有离散单元的面积之和；Δρ_i糊状区浓化钢水凝固前后的密度变化；ρ_i离散单元i钢液凝固后密度；f_si离散单元i所处位置固相率；后处理则根据商业软件MSC.Marc通用子程序plotv.f计算得到体积收缩量随铸坯中心固相率的变化规律，并通过商业软件MSC.Marc通用子程序impd.f输出铸坯初始温度场；3)所述第二计算模块采用热‑力耦合的数学模型方法，分析轻压下工艺对铸坯的挤压变形作用以及对糊状区变形的影响；第二计算模块需调用第一计算模块初始温度场作为计算条件，并通过位移边界模拟轻压下压下辊的作用，在模块中耦合商业软件MSC.Marc通用子程序plotv.f获得轻压下工艺对铸坯中心糊状区挤压变形的影响规律，该挤压变形量即为对铸坯中心体积收缩的补偿量；轻压下工艺对铸坯中心枝晶间浓化钢水体积收缩补偿量的计算方法为：$V_r=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔA}}_i\×L$其中，V_r为轻压下工艺实施前后铸坯糊状区体积变化量；ΔA_i为铸坯糊状区内部单元i工艺实施前后面积变化；n为铸坯糊状区内单元个数；L为压下扇形段范围内铸坯长度；4)所述判断模块用于判断铸坯中心体积收缩量Vs与轻压下对铸坯中心糊状区挤压变形量Vr相对大小；若则认为此时压下量为当前工艺条件下的合理压下量；若V_r＞V_s，则减小压下量，重复上述步骤，直至满足若V_r＜V_s，则增大压下量，重复上述步骤，直至