專利名稱：一種基于精準(zhǔn)熱物性參數(shù)的連鑄坯凝固冷卻過程模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及連鑄坯質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng)域，適用于多鋼種連鑄生產(chǎn)。在連鑄過程模擬研究中，鋼的熱物性參數(shù)對連鑄坯凝固冷卻過程結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要意義。本專利通過實驗及歸納、整理相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，建立了鋼的熱性參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊，將該數(shù)據(jù)庫模塊嵌入已研發(fā)的中厚板坯連鑄凝固冷卻過程模擬與優(yōu)化軟件V1.0 (軟件著作權(quán)登記流水號:20130117A92844)，形成了一種基于精準(zhǔn)熱物性參數(shù)的連鑄坯凝固冷卻過程模擬方法。已應(yīng)用于連鑄實際生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
連鑄坯凝固過程冷卻控制是連鑄坯生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，冷卻水量控制不僅影響連鑄機(jī)的生產(chǎn)率，并對鑄坯質(zhì)量有重要的影響。目前，國內(nèi)外大多數(shù)連鑄機(jī)在連鑄生產(chǎn)過程中冷卻水量的控制是以鑄坯凝固傳熱模擬研究為基礎(chǔ)。連鑄坯在二冷區(qū)進(jìn)行凝固冷卻過程中常常處于較高的溫度區(qū)間，一般在900°C以上。因此，為了獲得良好的鑄坯質(zhì)量，鋼在高溫條件下的熱特性是連鑄二次冷卻控制需要考慮的，鋼的高溫?zé)崽匦园ǜ邷亓W(xué)性能和熱物理性質(zhì)，統(tǒng)稱為鋼的熱物性。鋼的熱物理性質(zhì)參數(shù)包括固、液相線溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、密度、比熱、凝固潛熱及高溫塑性。目前，國內(nèi)外已有不少文獻(xiàn)針對鋼的熱物性參數(shù)進(jìn)行相關(guān)研究，研究方法主要分兩大類，第一類為針對具體鋼種進(jìn)行物性參數(shù)檢測實驗，進(jìn)而得到數(shù)據(jù)；第二類為通過整理多個鋼種熱物性參數(shù)實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)而對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、總結(jié)，并采用合適的數(shù)學(xué)方法處理得到特定適用范圍的熱物性參數(shù)計算公式。目前，已有不少文獻(xiàn)報道中提到應(yīng)用商用工程分析軟件如ANSYS、ABAQUS等模擬鑄坯凝固傳熱過程，但是并未建立鋼的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫。此外，如軟件PR0CAST等雖然建立部分常見鋼種的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)，但是，上述軟件僅僅適用于對鑄坯凝固過程分析，已報道的文獻(xiàn)中并未見有直接運用到連鑄實際生產(chǎn)。多數(shù)鋼鐵企業(yè)在連鑄生產(chǎn)過程中，所配置的鑄坯凝固傳熱分析軟件普遍采用單一的計算方法得到鋼的高溫物性參數(shù)，由于受到物性參數(shù)計算公式適用條件限制，計算結(jié)果的誤差較大。特別是進(jìn)行多鋼種連鑄生產(chǎn)時，單一的計算公式難以滿足生產(chǎn)需求。本專利通過整理多個鋼種鋼的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)，建立了熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，為連鑄凝固傳熱模型精準(zhǔn)計算提供數(shù)據(jù)支撐。鋼的高溫力學(xué)性能主要指標(biāo)為鋼的高溫塑性，Adams于1971年提出用斷面收縮率(R.A.)代替斷口直徑以表示熱塑性的高低，以強(qiáng)度極限表示鋼在不同溫度下的強(qiáng)度指標(biāo)。這兩個性能指標(biāo)在熱塑性研究中一直沿用至今。根據(jù)鋼的高溫塑性特點，按照溫度范圍劃分為三個區(qū)間。其中，第III脆性區(qū)主要在比較低的應(yīng)變速率(〈10-2)下出現(xiàn)，所以連鑄坯在彎曲、矯直過程中產(chǎn)生的鑄坯裂紋與第III脆性區(qū)的脆化有著密切的關(guān)系。其脆化機(jī)理主要是高溫下鋼中固溶的Nb、Al等以Nb (CN)或AlN的形式動態(tài)或靜態(tài)析出在、晶界。晶界發(fā)生滑移時，在應(yīng)力作用下，析出物與基體之間產(chǎn)生微小空洞，空洞發(fā)展聚合最后形成裂紋。為了使鑄坯在矯直過程中避開第三脆性區(qū)，需要掌握鋼的高溫塑性曲線，該曲線通過Gleeble高溫拉伸試驗機(jī)模擬拉伸試驗測量得到。本專利在實驗基礎(chǔ)上通過總結(jié)、整理建立了鋼的高溫塑性數(shù)據(jù)庫及鋼的高溫塑性曲線預(yù)測方法。

發(fā)明內(nèi)容
本專利所要解決的技術(shù)問題是:—種基于精準(zhǔn)熱物性參數(shù)的連鑄坯凝固冷卻過程模擬方法，其特征在于，該專利包含熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊、連鑄坯凝固傳熱計算模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊，上述三個模塊依托中厚板坯連鑄凝固冷卻過程模擬與優(yōu)化軟件(軟件著作權(quán)登記流水號:20130117A92844)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。在上述基礎(chǔ)上，運用回歸分析方法，形成了以化學(xué)成分為自變量的鋼高溫塑性預(yù)測方法，并建立的高溫塑性預(yù)測模型，構(gòu)成鋼熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫的重要內(nèi)容。通過建立鋼的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，在連鑄坯冷卻凝固模擬過程中調(diào)用該數(shù)據(jù)庫中相關(guān)數(shù)據(jù)，得到所連鑄鋼種的熱物性參數(shù)并運用到鑄坯冷卻凝固傳熱模型計算中，提高了鑄坯溫度場模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性；應(yīng)用到連鑄實際生產(chǎn)中，依靠數(shù)據(jù)庫中鋼的高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為連鑄生產(chǎn)過程中冷卻水量合理分配提供數(shù)據(jù)支持，以有效減少鑄坯裂紋產(chǎn)生。本發(fā)明專利主要有以下內(nèi)容構(gòu)成。(I)本發(fā)明專利實施方式如

圖1所示，在連鑄坯生產(chǎn)中(如圖2所示)，運用本專利，通過輸入連鑄鋼種，鋼水參數(shù)例如澆鑄溫度、結(jié)晶器參數(shù)、連鑄機(jī)參數(shù)、冷卻水量等連鑄工況，調(diào)用所建立的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊，運算連鑄坯凝固傳熱計算模塊，實現(xiàn)連鑄坯凝固冷卻過程仿真，并通過數(shù)據(jù)輸出模塊顯示分析結(jié)果，為連鑄冷卻過程控制提供基礎(chǔ)。通過對實驗及文獻(xiàn)數(shù)據(jù)整理，在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性驗證的基礎(chǔ)上，利用SQLServerfOOO建立了鋼的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊，包含固、液相線溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、密度、比熱、凝固潛熱及高溫塑性參數(shù)數(shù)據(jù)，嵌入已研發(fā)的中厚板坯連鑄凝固冷卻過程模擬與優(yōu)化軟件V1.0 (軟件著作權(quán)登記流水號:20130117A92844)。在連鑄坯凝固冷卻過程模擬計算中，針對連鑄生產(chǎn)鋼種，調(diào)用數(shù)據(jù)庫模塊中已有的實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)計算，能有``效提高鑄坯冷卻凝固模擬計算結(jié)果準(zhǔn)確性。另外，連鑄凝固冷卻過程控制中，通過查詢數(shù)據(jù)庫模塊中的高溫塑性數(shù)據(jù)，進(jìn)而在設(shè)定連鑄坯在各冷卻段的目標(biāo)表面控制溫度時，使鑄坯在矯直區(qū)內(nèi)避開第三脆性區(qū)。(2)所述的鋼的高溫塑性預(yù)測模型，考慮鋼的高溫塑性主要受鋼的化學(xué)成分和工藝條件的影響。為了找出在連鑄過程條件下，鋼的化學(xué)成分在某溫度點與斷面收縮率的函數(shù)關(guān)系，針對24組試驗條件相近的數(shù)據(jù)以鋼的化學(xué)元素為自變量，在700°C 1250°C溫度區(qū)間，間隔50°C條件下選取12個溫度節(jié)點的斷面收縮率值為因變量，進(jìn)行了多元線性回歸分析。用于回歸分析的24組數(shù)據(jù)的試驗條件均為應(yīng)變速率1.0 X 10_3/s，冷卻速度3 V /min。運用統(tǒng)計軟件SPSS13.0進(jìn)行后退法回歸分析，在綜合考慮元素數(shù)、各統(tǒng)計量值和各元素對高溫塑性的實際影響，選取回歸分析的化學(xué)成分元素為C、S1、Mn、P、S、Al、Nb、T1、V、N1、Cr、Cu等。所建立的回歸模型如方程(I)所示:
權(quán)利要求
1.一種基于精準(zhǔn)熱物性參數(shù)的連鑄坯凝固冷卻過程模擬方法，其特征在于，包含熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊、連鑄坯凝固傳熱計算模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊，上述三個模塊依托中厚板坯連鑄凝固冷卻過程模擬與優(yōu)化軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞；在上述基礎(chǔ)上，運用回歸分析方法，形成了以化學(xué)成分為自變量的鋼高溫塑性預(yù)測方法，并建立的高溫塑性預(yù)測模型，構(gòu)成鋼熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫的重要內(nèi)容；通過建立鋼的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，在連鑄坯冷卻凝固模擬過程中調(diào)用該數(shù)據(jù)庫中相關(guān)數(shù)據(jù)，得到所連鑄鋼種的熱物性參數(shù)并運用到鑄坯冷卻凝固傳熱模型計算中，提高了鑄坯溫度場模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性；應(yīng)用到連鑄實際生產(chǎn)中，依靠數(shù)據(jù)庫中鋼的高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為連鑄生產(chǎn)過程中冷卻水量合理分配提供數(shù)據(jù)支持，以有效減少鑄坯裂紋產(chǎn)生；具體內(nèi)容如下: (1)在連鑄坯生產(chǎn)中通過輸入連鑄鋼種，鋼水參數(shù)例如澆鑄溫度、結(jié)晶器參數(shù)、連鑄機(jī)參數(shù)、冷卻水量連鑄工況，調(diào)用所建立的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊，運算連鑄坯凝固傳熱計算模塊，實現(xiàn)連鑄坯凝固冷卻過程仿真，并通過數(shù)據(jù)輸出模塊顯示分析結(jié)果，為連鑄冷卻過程控制提供基礎(chǔ)；通過對實驗及文獻(xiàn)數(shù)據(jù)整理，在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性驗證的基礎(chǔ)上，利用SQLServer2000建立了鋼的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊，包含固、液相線溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、密度、t匕熱、凝固潛熱及高溫塑性參數(shù)數(shù)據(jù)，嵌入已研發(fā)的中厚板坯連鑄凝固冷卻過程模擬與優(yōu)化軟件V1.0 ;在連鑄坯凝固冷卻過程模擬計算中，針對連鑄生產(chǎn)鋼種，調(diào)用數(shù)據(jù)庫模塊中已有的實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)計算，能有效提高鑄坯冷卻凝固模擬計算結(jié)果準(zhǔn)確性；另外，連鑄凝固冷卻過程控制中，通過查詢數(shù)據(jù)庫模塊中的高溫塑性數(shù)據(jù)，進(jìn)而在設(shè)定連鑄坯在各冷卻段的目標(biāo)表面控制溫度時，使鑄坯在矯直區(qū)內(nèi)避開第三脆性區(qū)； (2)如上所述的鋼的高溫塑性預(yù)測模型，考慮到鋼的高溫塑性主要受鋼的化學(xué)成分和工藝條件的影響；為了找出在連鑄過程條件，鋼的化學(xué)成分在某溫度點與斷面收縮率的函數(shù)關(guān)系，針對24組試驗條件相近的數(shù)據(jù)以鋼的化學(xué)元素為自變量，在700°C 1250°C溫度區(qū)間，間隔50°C條件下選取12個溫度節(jié)點的斷面收縮率值為因變量，進(jìn)行了多元線性回歸分析；用于回歸分析的24組數(shù)據(jù)的試驗條件均為應(yīng)變速率1.0X10_3/s，冷卻速度3°C /min ； 運用統(tǒng)計軟件SPSS13.0進(jìn)行后退法回歸分析，在綜合考慮元素數(shù)、各統(tǒng)計量值和各元素對高溫塑性的實際影響，選取回歸分析的化學(xué)成分元素為C、S1、Mn、P、S、Al、Nb、T1、V、N1、Cr、Cu ;所建立的回歸模型如方程(I)所示:
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于精準(zhǔn)熱物性參數(shù)的連鑄坯凝固冷卻過程模擬方法，包括熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊、連鑄坯凝固傳熱計算模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊。
具體實施方式
如下通過實驗及歸納、整理相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，建立了鋼的熱性參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊，將該數(shù)據(jù)庫模塊嵌入已研發(fā)的中厚板坯連鑄凝固冷卻過程模擬與優(yōu)化軟件V1.0，所建立的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊，為連鑄凝固傳熱計算模塊提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐，形成了以精準(zhǔn)鋼的熱物性參數(shù)為基礎(chǔ)的連鑄凝固冷卻過程模擬方法。在此基礎(chǔ)上，運用回歸分析方法，形成了以化學(xué)成分為自變量的鋼高溫塑性預(yù)測方法，建立的高溫塑性預(yù)測模型，構(gòu)成鋼熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊的重要內(nèi)容。目前，該方法已應(yīng)用于連鑄實際生產(chǎn)。
文檔編號B22D11/22GK103192048SQ20131011706
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者劉青, 張曉峰, 汪宙, 王亞濤, 竇坤, 王寶, 王彬, 卿家勝, 聶嫦平 申請人:北京科技大學(xué)