專利名稱：一種提高異型坯橫斷面溫度均勻性的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于異型坯的連續(xù)鑄造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高異型坯橫斷面溫度均勻性的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
異型坯是指除了方坯、板坯、圓坯、矩形坯以外具有復(fù)雜斷面的連鑄坯，主要形式為H形坯，它是軋制高效節(jié)能型建筑用H型鋼的最理想坯料。由于異型坯的形狀和最終產(chǎn)品H型鋼的形狀相似，因此，采用異型坯軋制H型鋼具有能耗低、エ序少、成材率高和成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，大型經(jīng)濟(jì)型斷面型材的發(fā)展帶動(dòng)了異型坯連鑄技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)異型坯連鑄生產(chǎn)線正在穩(wěn)步增長(zhǎng)，研究和提升異型坯連鑄技術(shù)在我國(guó)乃至世界范圍內(nèi)都具有廣闊的發(fā)展前景和深遠(yuǎn)的實(shí)用意義。與常規(guī)鑄坯(板坯、方坯以及圓坯)連鑄相比，異型坯連鑄具有許多顯著特點(diǎn):ー是異型坯連鑄用結(jié)晶器內(nèi)腔形狀較為復(fù)雜，結(jié)晶器中存在12個(gè)面和12個(gè)拐角(方坯和板坯結(jié)晶器只有4個(gè)面和4個(gè)拐角)，各面和拐角的冷卻效果不同，容易造成結(jié)晶器內(nèi)坯殼凝固的不均勻。ニ是異型坯表面積大，散熱條件好，鑄坯溫度下降較快，在ニ冷區(qū)內(nèi)就能完全凝固，冶金長(zhǎng)度短；在矯直區(qū)，鑄坯局部表面溫度很容易處于各種鋼的低溫脆性區(qū)，致使矯直過(guò)程中鑄坯已有表面裂紋較易擴(kuò)展。三是異型坯橫斷面形狀復(fù)雜，斷面上各點(diǎn)的散熱條件差別很大，并使得橫斷面上各點(diǎn)的溫差較常規(guī)鑄坯大，因此更易于產(chǎn)生裂紋等質(zhì)量缺陷。由于異型坯具有橫斷面復(fù)雜、比表面積大、各部位溫差大、坯殼凝固不均等特點(diǎn)，致使異型坯產(chǎn)生質(zhì)量缺陷概率明顯高于常規(guī)鑄坯，異型坯最常見的質(zhì)量缺陷如

圖1所示，主要有五種，分別為:A、腹板表面縱裂紋；B、翼緣表面縱裂紋；C、腹板內(nèi)裂紋；D、翼緣頂端的內(nèi)裂紋；E、異型坯R角處表面縱裂紋。異型坯裂紋的形成是ー個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，產(chǎn)生原因也很多，歸納起來(lái)主要是鋼水質(zhì)量、冷卻條件和設(shè)備結(jié)構(gòu)等三個(gè)方面；從凝固的角度來(lái)講，裂紋的形成主要是由于凝固過(guò)程中各部位所受應(yīng)カ不均勻以及各種夾雜物元素的析出；但是，裂紋產(chǎn)生的根源歸根結(jié)底還是冷卻不均勻引起的各種復(fù)雜應(yīng)力。對(duì)于異型坯縱向裂紋而言，主要是由于橫斷面上溫度分布的不均勻性引起的。從圖1中異型坯常見質(zhì)量缺陷可知，縱裂紋是異型坯最常見的質(zhì)量缺陷，這也就說(shuō)明，目前的異型坯橫斷面溫度均勻性控制還有不足之處，提高異型坯橫斷面的冷卻均勻性對(duì)于改善鑄坯質(zhì)量有至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)有技術(shù)下，連鑄坯溫度調(diào)整和冷卻水量的控制主要依賴于連鑄ニ冷冶金準(zhǔn)則，ニ冷冶金準(zhǔn)則主要包含:(I)冶金長(zhǎng)度限制準(zhǔn)則，鑄坯應(yīng)該在矯直點(diǎn)完全凝固而又不能過(guò)早凝固，以避免矯直時(shí)凝固前沿產(chǎn)生裂紋和避免拉速過(guò)低；(2)結(jié)晶器出口處表面溫度限制準(zhǔn)則；限制表面溫度小于1150°C; (3)拉坯方向表面溫度回升和冷卻速度限制準(zhǔn)則；限制表面溫度回升小于100°C /m，冷卻速度小于200°C /m ； (4) ニ冷區(qū)表面溫度限制原則；為防止表面溫度過(guò)高、過(guò)低和波動(dòng)較大，ニ冷區(qū)鑄坯表面溫度限制在800 1200°C之間；(5)矯直點(diǎn)表面溫度限制準(zhǔn)則；為獲得良好的鑄坯質(zhì)量，在矯直區(qū)必須使鑄坯表面溫度避開脆性區(qū)，低溫脆性區(qū)范圍在700°C和900°C之間。根據(jù)冶金ニ冷準(zhǔn)則，可指定相應(yīng)的ニ冷區(qū)目標(biāo)溫度曲線，并將異型坯ニ冷區(qū)從縱向上劃分為若干段，每一段的水量進(jìn)行獨(dú)立控制，并通過(guò)水量的調(diào)整使異型坯表面溫度在縱向上滿足ニ冷冶金準(zhǔn)則。但是，ニ冷冶金準(zhǔn)則幾乎都是對(duì)縱向上鑄坯的溫度范圍和溫度變化速度進(jìn)行限制，對(duì)于橫向上的溫度均勻性方面幾乎沒有限制。根據(jù)這種準(zhǔn)則所確定的目標(biāo)溫度曲線對(duì)于幾何形狀簡(jiǎn)單的鑄坯(如板坯、方坯和圓坯等)相對(duì)比較適用，因?yàn)閹缀涡螤詈?jiǎn)單的鑄坯，除角部是直角、屬ニ維冷卻且冷卻速度較快外，其它部位熱量導(dǎo)出的速度基本相當(dāng)，因此，只要注意將角部進(jìn)行弱冷，其它部位冷卻水量相當(dāng)，鑄坯橫斷面的溫差就不會(huì)很大，所產(chǎn)生的縱向裂紋也較少。但異型坯橫斷面有12面和12個(gè)拐角，其中12個(gè)面中有平面、豎直面、斜面和曲面；12個(gè)拐角中有直角、鈍角和優(yōu)角。面的形狀和角的度數(shù)不同，熱量導(dǎo)出速度就有差別，鑄坯表面的溫度就不同，并且隨著冷卻不斷的進(jìn)行，這種橫向溫差也是不斷變化。因此，即使異型坯的表面溫度完全符合ニ冷冶金準(zhǔn)則，異型坯的橫向溫度依然會(huì)出現(xiàn)很大的溫差，且這種溫度還會(huì)不斷的波動(dòng)，從而導(dǎo)致異型坯容易產(chǎn)生大量縱向裂紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種提高異型坯橫斷面溫度均勻性的系統(tǒng)和方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中異型坯的裂紋缺陷較多的技術(shù)問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種提高異型坯橫斷面溫度均勻性的系統(tǒng)，包括劃分冷卻區(qū)模塊、布置噴嘴模塊、計(jì)算溫度模塊、判斷模塊和調(diào)整模塊；其中，所述劃分冷卻區(qū)模塊用于將異型坯橫斷面劃分為多個(gè)冷卻區(qū)；所述布置噴嘴模塊用于在所述多個(gè)冷卻區(qū)的上方布置噴嘴；所述計(jì)算溫度模塊用于計(jì)算所述異型坯的ニ維橫向切片溫度，并根據(jù)所述ニ維橫向切片溫度，計(jì)算冷卻區(qū)表面平均溫度和異型坯橫斷面表面平均溫度；所述判定模塊將所述冷卻區(qū)表面平均溫度與所述異型坯橫斷面表面平均溫度進(jìn)行比較，得到溫度比較值，然后再將預(yù)設(shè)的溫度差值閾值與所述溫度比較值比較，并將比較結(jié)果傳送至所述調(diào)整模塊；所述調(diào)整模塊根據(jù)所述比較結(jié)果，調(diào)整所述噴嘴的水量。一種提高異型坯橫斷面溫度均勻性的方法，包括如下步驟:將異型坯橫斷面劃分為多個(gè)冷卻區(qū)；在所述多個(gè)冷卻區(qū)的上方布置噴嘴；計(jì)算所述異型坯的ニ維橫向切片溫度，并根據(jù)所述ニ維橫向切片溫度，計(jì)算冷卻區(qū)表面平均溫度和異型坯橫斷面表面平均溫度；將所述冷卻區(qū)表面平均溫度與所述異型坯橫斷面表面平均溫度進(jìn)行比較，得到溫度比較值，然后再將預(yù)設(shè)的溫度差值閾值與所述溫度比較值比較，井根據(jù)所述比較結(jié)果調(diào)整所述冷卻區(qū)對(duì)應(yīng)的噴嘴水量，直到所述溫度比較值小于所述溫度差值閾值。進(jìn)ー步地，所述劃分冷卻區(qū)的步驟具體為:將兩個(gè)與異型坯的寬面中心線軸對(duì)稱的噴嘴所噴淋覆蓋的區(qū)域劃分為ー個(gè)冷卻區(qū)。 進(jìn)ー步地，所述冷卻區(qū)均由獨(dú)立冷卻水回路控制。進(jìn)ー步地,所述計(jì)算ニ維橫向切片溫度的步驟包括:
將所述異型坯沿拉坯方向離散化成多個(gè)ニ維橫向切片，分別計(jì)算得出每個(gè)所述ニ維橫向切片的凝固傳熱微分公式以及所述凝固傳熱微分公式的初始條件公式和邊界條件公式，根據(jù)所述凝固傳熱微分公式以及所述凝固傳熱微分公式的初始條件公式和邊界條件公式，以所述異型坯的寬度方向?yàn)閄軸，所述鑄坯的厚度方向?yàn)閅軸，所述鑄坯的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閆軸，建立每個(gè)所述ニ維橫向切片的坐標(biāo)系，進(jìn)而得到所述ニ維橫向切片溫度；其中，所述凝固傳熱微分公式如式(I)所示:
權(quán)利要求
1.一種提高異型坯橫斷面溫度均勻性的系統(tǒng)，其特征在于，包括劃分冷卻區(qū)模塊、布置噴嘴模塊、計(jì)算溫度模塊、判斷模塊和調(diào)整模塊； 其中，所述劃分冷卻區(qū)模塊用于將異型坯橫斷面劃分為多個(gè)冷卻區(qū)； 所述布置噴嘴模塊用于在所述多個(gè)冷卻區(qū)的上方布置噴嘴； 所述計(jì)算溫度模塊用于計(jì)算所述異型坯的ニ維橫向切片溫度，并根據(jù)所述ニ維橫向切片溫度，計(jì)算冷卻區(qū)表面平均溫度和異型坯橫斷面表面平均溫度； 所述判定模塊將所述冷卻區(qū)表面平均溫度與所述異型坯橫斷面表面平均溫度進(jìn)行比較，得到溫度比較值，然后再將預(yù)設(shè)的溫度差值閾值與所述溫度比較值比較，并將比較結(jié)果傳送至所述調(diào)整模塊； 所述調(diào)整模塊根據(jù)所述比較結(jié)果，調(diào)整所述噴嘴的水量。
2.一種提高異型坯橫斷面溫度均勻性的方法，其特征在于，包括如下步驟: 將異型坯橫斷面劃分為多個(gè)冷卻區(qū)； 在所述多個(gè)冷卻區(qū)的上方布置噴嘴； 計(jì)算所述異型坯的ニ維橫向切片溫度，并根據(jù)所述ニ維橫向切片溫度，計(jì)算冷卻區(qū)表面平均溫度和異型坯橫斷面表面平均溫度； 將所述冷卻區(qū)表面平均溫度與所述異型坯橫斷面表面平均溫度進(jìn)行比較，得到溫度比較值，然后再將預(yù)設(shè)的溫度差值閾值與所述溫度比較值比較，井根據(jù)所述比較結(jié)果調(diào)整所述冷卻區(qū)對(duì)應(yīng)的噴嘴水量，直到所述溫度比較值小于所述溫度差值閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所 述的方法，其特征在于，所述劃分冷卻區(qū)的步驟具體為:將兩個(gè)與異型坯的寬面中心線軸對(duì)稱的噴嘴所噴淋覆蓋的區(qū)域劃分為ー個(gè)冷卻區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述冷卻區(qū)均由獨(dú)立冷卻水回路控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算ニ維橫向切片溫度的步驟包括: 將所述異型坯沿拉坯方向離散化成多個(gè)ニ維橫向切片，分別計(jì)算得出每個(gè)所述ニ維橫向切片的凝固傳熱微分公式以及所述凝固傳熱微分公式的初始條件公式和邊界條件公式，根據(jù)所述凝固傳熱微分公式以及所述凝固傳熱微分公式的初始條件公式和邊界條件公式，以所述異型還的寬度方向?yàn)閄軸,所述鑄還的厚度方向?yàn)閅軸,所述鑄還的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閆軸，建立每個(gè)所述ニ維橫向切片的坐標(biāo)系，進(jìn)而得到所述ニ維橫向切片溫度； 其中，所述凝固傳熱微分公式如式(I)所示:rT(X^yj) r (t97'(x; v.Q ^ a.^.rTjx.yJ)o fDx ' axayv cy( 1、 式中，P為鋼液密度；c為比熱；K為導(dǎo)熱系數(shù)；T為溫度；t為時(shí)間；x, y為鑄還寬度和厚度方向的坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在干，所述凝固傳熱微分公式的初始條件為所述異型坯連鑄用結(jié)晶器內(nèi)鋼水溫度等于澆注溫度，具體如式(2)所示: T(x,y,0) = Tc (2) 其中，Tc為澆注溫度，T &，7，0)為坐標(biāo)為(1，1,0)的ニ維橫向切片的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在干，所述凝固傳熱微分公式的邊界條件公式如式(3)和式(4)所示:
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述橫斷面表面平均溫度由下式(8)計(jì)算得出:
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述冷卻區(qū)表面平均溫度由下式(9)計(jì)算得出:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高異型坯橫斷面溫度均勻性的系統(tǒng)和方法，屬于異型坯的連續(xù)鑄造技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括劃分冷卻區(qū)模塊，用于將異型坯橫斷面劃分為多個(gè)冷卻區(qū)；布置噴嘴模塊，用于在多個(gè)冷卻區(qū)的上方布置噴嘴；計(jì)算溫度模塊，計(jì)算異型坯的二維橫向切片溫度，根據(jù)二維橫向切面溫度，計(jì)算冷卻區(qū)表面平均溫度和異型坯橫斷面表面平均溫度；判定模塊，將異型坯橫斷面表面平均溫度與冷卻區(qū)表面平均溫度進(jìn)行比較，得到溫度比較值，并將預(yù)設(shè)的溫度差值閾值與溫度比較值比較；調(diào)整模塊根據(jù)比較結(jié)果，調(diào)整所述噴嘴的水量。本發(fā)明大大提高了異型坯橫斷面溫度的均勻性，避免了橫斷面不同部位之間因溫差過(guò)大而產(chǎn)生裂紋。
文檔編號(hào)B22D11/22GK103111595SQ201310059469
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者徐海倫, 青雪梅, 馬春武, 幸偉, 徐永斌, 邵遠(yuǎn)敬, 葉理德 申請(qǐng)人:中冶南方工程技術(shù)有限公司