專利名稱：確定特厚板坯連鑄機垂直段高度去除夾雜物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特厚板坯生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是一種去除特厚板坯內(nèi)部夾雜物的方法。
背景技術(shù)：
采用直弧型連鑄機生產(chǎn)特厚板坯，這些板坯供給寬厚板軋鋼機軋制成特厚鋼板。在連鑄過程中板坯內(nèi)部夾雜物會導致板坯內(nèi)部出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，尤其是粒徑50 μ m 100 μ m的大型夾雜物。板坯內(nèi)部的夾雜物在軋制過程中，因被拉長可能導致軋制成材的特厚板探傷不合格。為了降低夾雜物對鑄坯質(zhì)量的損害，在設(shè)計連鑄機時，將連鑄機的結(jié)晶器及其下部的鑄坯導向段的一部分設(shè)計成垂直狀態(tài)，使處于結(jié)晶器及其下部的支撐導向段中的板坯處于垂直狀態(tài)下凝固，從結(jié)晶器內(nèi)鋼液面(在連鑄領(lǐng)域也稱為“彎月面”)至板坯開始彎曲點的距離被定義為垂直段高度，如

圖1所示。使得板坯可以在這個由結(jié)晶器和垂直狀態(tài)的鑄坯導向段形成的垂直段區(qū)域中凝固，為鋼水中大型夾雜物的上浮創(chuàng)造了條件，達到避免因鑄坯中夾雜物造成質(zhì)量缺陷的目的。從有利于夾雜物上浮角度看，垂直段的高度越高越好，但是，過高的垂直段使鋼水靜壓力增加，增加鑄坯“鼓肚”傾向，使內(nèi)裂的可能性加大，而且增加了連鑄機的造價和工程建設(shè)投資。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種確定特厚板坯連鑄機垂直段高度去除夾雜物的方法，它適用于直弧形連鑄機生產(chǎn)特厚板坯，通過確定合理的直弧型連鑄機垂直段高度并按此高度在特厚連鑄機上設(shè)置垂直段，達到減少特厚板坯內(nèi)部夾雜物，并使殘留于特厚板坯內(nèi)部夾雜物分布均勻的目的。本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，它包括有直弧型連鑄機，直弧型連鑄機包括有垂直支撐導向段、弧形支撐導向段和水平支撐導向段，在垂直支撐導向段的入口處設(shè)置有結(jié)晶器，結(jié)晶器位置以下均為二次冷卻區(qū)，垂直支撐導向段垂直高度H的確定步驟如下:I)假設(shè)直弧型連鑄機生產(chǎn)連鑄坯時，液相穴內(nèi)的夾雜物含量少，忽略夾雜物運動對鋼液流動的影響；2)在步驟I)的假設(shè)條件下，建立直弧型連鑄機三維凝固傳熱與流動耦合仿真計算數(shù)學模型，將二次冷卻區(qū)的水量平均分配到各部位后，依據(jù)連鑄傳熱邊界條件換算成換熱系數(shù)，利用數(shù)學模型計算凝固傳熱和鑄坯內(nèi)部鋼液流場；3)根據(jù)步驟2)中計算得到的鑄坯內(nèi)部鋼液流場，考慮鑄坯凝固過程中夾雜物顆粒相與液相的相互作用，建立夾雜物顆粒在鋼液中運動的數(shù)學模型，利用該數(shù)學模型，當設(shè)定一個垂直高度H，就可以進行仿真計算，輸出對應(yīng)情況下夾雜物的運動軌跡；4)校準和驗證數(shù)學模型，以一臺已有的直弧型連鑄機為對象，已知該直弧型連鑄機的垂直高度H，根據(jù)步驟I)至步驟3)計算該直弧型連鑄機生產(chǎn)出的鑄坯內(nèi)部夾雜物理論分布，再獲取該直弧型連鑄機實際生產(chǎn)鑄坯的橫斷面樣，觀察并得出夾雜物分布圖譜，以實際取樣結(jié)果為標準，通過修正數(shù)學模型的邊界條件，驗證并校準步驟3)中的雜物顆粒在鋼液中運動的數(shù)學模型；5)利用步驟4)中校準后的數(shù)學模型，設(shè)定不同的垂直段高度，計算出每個垂直段高度對應(yīng)的直弧型連鑄機生產(chǎn)出的鑄坯內(nèi)部夾雜物的運動軌跡、上浮率以及未上浮而被鑄坯凝固殼捕獲的夾雜物顆粒分布狀況，找出鑄坯內(nèi)部夾雜物上浮率和分布狀況最佳對應(yīng)的垂直段高度。進一步，步驟2 )中所述建立直弧型連鑄機三維凝固傳熱仿真計算數(shù)學模型的具體方法如下:能量控制方程
權(quán)利要求
1.確定特厚板坯連鑄機垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于:它包括有直弧型連鑄機，直弧型連鑄機包括有垂直支撐導向段、弧形支撐導向段和水平支撐導向段，在垂直支撐導向段的入口處設(shè)置有結(jié)晶器，結(jié)晶器位置以下均為二次冷卻區(qū)，垂直支撐導向段垂直高度H的確定步驟如下: 1)假設(shè)直弧型連鑄機生產(chǎn)連鑄坯時，液相穴內(nèi)的夾雜物含量少，忽略夾雜物運動對鋼液流動的影響； 2)在步驟I)的假設(shè)條件下，建立直弧型連鑄機三維凝固傳熱與流動耦合仿真計算數(shù)學模型，將二次冷卻區(qū)的水量平均分配到各部位后，依據(jù)連鑄傳熱邊界條件換算成換熱系數(shù)，利用數(shù)學模型計算凝固傳熱和鑄坯內(nèi)部鋼液流場； 3)根據(jù)步驟2)中計算得到的鑄坯內(nèi)部鋼液流場，考慮鑄坯凝固過程中夾雜物顆粒相與液相的相互作用，建立夾雜物顆粒在鋼液中運動的數(shù)學模型，利用該數(shù)學模型，當設(shè)定一個垂直高度H，就可以進行仿真計算，輸出對應(yīng)情況下夾雜物的運動軌跡； 4)校準和驗證數(shù)學模型，以一臺已有的直弧型連鑄機為對象，已知該直弧型連鑄機的垂直高度H，根據(jù)步驟I)至步驟3)計算該直弧型連鑄機生產(chǎn)出的鑄坯內(nèi)部夾雜物理論分布，再獲取該直弧型連鑄機實際生產(chǎn)鑄坯的橫斷面樣，觀察并得出夾雜物分布圖譜，以實際取樣結(jié)果為標準，通過修正數(shù)學模型的邊界條件，驗證并校準步驟3)中的雜物顆粒在鋼液中運動的數(shù)學模型； 5)利用步驟4)中校準后的數(shù)學模型，設(shè)定不同的垂直段高度，計算出每個垂直段高度對應(yīng)的直弧型連鑄機生產(chǎn)出的鑄坯內(nèi)部夾雜物的運動軌跡、上浮率以及未上浮而被鑄坯凝固殼捕獲的夾雜物顆粒分布狀況，找出鑄坯內(nèi)部夾雜物上浮率和分布狀況最佳對應(yīng)的垂直段高度。
2.如權(quán)利要求1所述的確定特厚板坯連鑄機垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于，步驟2)中所述建立直弧型連鑄機三維凝固傳熱仿真計算數(shù)學模型的具體方法如下: 能量控制方程
3.如權(quán)利要求2所述的確定特厚板坯連鑄機垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于，步驟2)中鑄坯內(nèi)部鋼液流場的函數(shù)表達示為: 流場控制方程: 連續(xù)性方程:
4.如權(quán)利要求3所述的確定特厚板坯連鑄機垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于，步驟3)中建立夾雜物顆粒在鋼液中運動的數(shù)學模型的函數(shù)表達示為:采用離散相模型描述夾雜物粒子的運動，則作用在粒子上力的平衡方程為:
5.如權(quán)利要求4所述的確定特厚板坯連鑄機垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于，步驟4)中所述修正數(shù)學模型的具體方法如下:對于鑄坯的凝固傳熱，模型采用射釘實驗及表面溫度測試的方式進行了驗證，溫度偏差較大的情況下可通過調(diào)整鑄坯表面的換熱系數(shù)以使模擬情況符合實際過程；對凝固之后的夾雜物分布進行了取樣驗證，觀察并得出夾雜物分布圖譜，考察夾雜物在連鑄坯中心處及邊部的概率分布是否與模擬結(jié)果一致。
6.如權(quán)利要求5所述的確定特厚板坯連鑄機垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于，步驟5)中夾雜物上浮率最高、分布最均勻所對應(yīng)的直弧型連鑄機垂直段高度為最佳。
全文摘要
確定特厚板坯連鑄機垂直段高度去除夾雜物的方法，涉及特厚板坯生產(chǎn)領(lǐng)域，本發(fā)明利用三維凝固傳熱流動耦合仿真模型與夾雜物運動仿真模型進行仿真計算，找出連鑄過程中鑄坯內(nèi)部夾雜物上浮率、分布狀況與垂直段高度的關(guān)系，以滿足連鑄過程中鑄坯內(nèi)部夾雜物上浮率高、分布均勻為目標，準確確定連鑄機的垂直段高度，并按此高度在特厚板坯連鑄機上設(shè)置垂直段，降低夾雜物對鑄坯質(zhì)量的損害，提高用特厚板坯軋制特厚板的探傷合格率。
文檔編號B22D11/00GK103192039SQ20131013583
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者毛敬華, 王水根, 沈厚發(fā), 魏瑞剛, 占賢輝, 曹建峰, 張亞東 申請人:中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司