在线模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的仿真方法技术

本发明专利技术是一种在线模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的仿真方法，具体是：以控制系统监测得到的结晶器实时水量和温差关系为基础，利用铸机参数、钢种数据参数及生产工艺参数来模拟整个结晶器内高温钢液的凝固传热过程，换算得到结晶器单位面积上的热流密度边界条件，以此计算结晶器内钢液的凝固传热过程。本发明专利技术提供的在线模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的仿真方法，不仅简便易行、适用性高、可靠性高，而且能够实时在线仿真计算不同连铸机型的结晶器内钢液凝固传热过程，为大规模生产中连铸生产工艺的不断调整和改进提供便捷途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及连铸
，尤其是在线模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的仿真方法。
技术介绍
作为连铸的心脏，结晶器内的连铸过程是一个关联着传热，凝固，流动和溶质再分配等现象的复杂过程。各现象之间相互关联，交互影响作用，使结晶器内的传热行为变得异常复杂。但结晶器内钢液的传热过程对铸坯质量有着很重要的影响。传热速率不均勻易于引发铸坯裂纹；此外，若传热不充分，则容易导致较薄的坯壳鼓肚，变形，甚至被拉漏。铸坯的凝固行为取决于钢液向外进行热传递的能力。通过对结晶器内的凝固传热过程进行仿真计算，即可以获知铸坯在结晶器中生长得到的凝固坯壳厚度，铸坯表面温度分布，结晶器冷却水量、冷却水温差和结晶器锥度分布等重要的冶金参数。这对整个连铸过程工艺参数的优化和铸坯质量的改善等都具有十分重要的意义。连铸结晶器内钢液的凝固传热过程研究中，主要是通过离线仿真方式计算得到与铸机结晶器相关的冶金参数，进而指导生产。这其中基本上是利用结晶器传热热流分布来分析钢液的凝固过程，得到与连铸生产相关的参数，并均取得了一定的实际效果。但这种离线仿真的手段在实际生产中，往往无法应对可能出现的突发状况。诸如处于高温热负荷的连铸结晶器承受着高温钢液，凝固铸坯、固液渣、结晶器振动、冷却水等诸多因素的影响，容易造成凝固传热不稳定，不利于连续生产。因此，需要有一种可以通过实时测量的方式，监测结晶器内钢液凝固传热过程，调整连铸操作工艺，避免突发情况造成的生产停滞以及由此带来的损失。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，该方法可以通过实时测量的方式，监测结晶器内钢液凝固传热过程，调整连铸操作工艺，避免突发情况造成的生产停滞以及由此带来的损失。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案本专利技术提供的，具体是以控制系统监测得到的结晶器实时水量和温差关系为基础，利用铸机参数、钢种数据参数及生产工艺参数来模拟整个结晶器内高温钢液的凝固传热过程，换算得到结晶器单位面积上的热流密度边界条件，以此计算结晶器内钢液的凝固传热过程。所述的仿真方法可以由下述方法获得所述的凝固传热过程，其步骤包括 第一步，进行模型数据初始化过程初始化过程中首先要设定铸机参数确认连铸机型、铸坯断面尺寸、结晶器尺寸、计算模型和计算步长；其次设定物性参数输入钢种成分、凝固潜热、导热系数、热膨胀系数、比热容和钢种的固液相密度；然后输入生产工艺参数包括浇注温度、拉坯速度、冷却水初始温度、冷却水流速、结晶器铜板厚度； 第二步，实时参数导入过程通过控制系统中监测得到的结晶器实时水量和温差数值关系，将其导入到仿真系统计算方式面板，确认数据输入； 第三步，数据仿真计算过程数据运行模块中将初始化过程中的数据，以及实时水量和温差关系换算得到的结晶器热流密度导入计算模型，利用所选择的模型计算连铸结晶器内钢液凝固传热过程，得到连铸生产过程中，与结晶器相关的铸坯表面温度、凝固坯壳厚度、结晶器冷热面温度和结晶器锥度分布等重要冶金参数；第四步，仿真结果输出过程通过程序将数据仿真计算得到的结果自动保存，并在图形显示功能中，将结晶器热流分布，铸坯表面温度，凝固坯壳厚度，结晶器冷热面温度分布，结晶器锥度分布以曲线和数字方式显示在功能面板上；经过上述步骤，获得所述的凝固传热过程。所述的传热过程，其传递热量、结晶器冷热面温度和结晶器锥度，可以通过结晶器表面实测温度和结晶器实际使用锥度数值进行检验。检验后，通过比较结晶器表面实测温度和结晶器实际使用锥度数值，对结晶器中钢液的凝固传热过程做进一步的修正，指导连铸生产。本专利技术能够通过实时在线输入结晶器水量和温差关系，结合实际生产工艺条件和铸机参数，换算单位面积上的热流密度，经由凝固传热仿真系统，获得与连铸结晶器内钢液凝固传热过程相关的重要冶金参数，以此来指导连铸生产工艺的调整，为稳定、连续、安全生产提供便捷的途径。并且还具有以下的有益效果结晶器内铸坯的凝固传热对连铸生产的稳定运行和铸坯产品的质量有着至关重要的作用，而处于高温热负荷的连铸结晶器承受着高温钢液，凝固铸坯、固液渣、结晶器振动、冷却水等诸多因素的影响，容易造成凝固传热不稳定，不利于连续生产。为此本专利技术从控制系统中实时监测得到的冷却水流量和温差关系出发，利用不同铸机参数、钢种数据参数及生产工艺参数来初始化系统，在线模拟整个结晶器内钢液的凝固传热过程，获得与生产相关的重要冶金参数，以此来指导连铸生产的顺行。例如实际生产中，150X150 mm方坯连铸机浇铸Q235钢，浇铸温度1535 °C，控制系统测得结晶器冷却水流量110 m3/h，温差7 K。通过将水量和温差关系输入仿真系统中， 就能够得到结晶器坯壳厚度11. 4 mm，出结晶器坯壳表面温度1191°C。此外，仿真得到的结晶器理想锥度为1. 16 %/m，与实际使用锥度1. 12 %/m相符。这些数据说明该条件下，生产条件符合连铸操作要求，无需调整工艺参数即可保证连铸生产顺利进行。总之，本专利技术简便易行、适用性高、可靠性高，能够实时在线仿真计算不同连铸机型的结晶器内钢液凝固传热过程，为大规模生产中连铸生产工艺的不断调整和改进提供便捷途径。附图说明 图1为在1000X200 mm板坯连铸机上浇铸Stb32钢时得到的结晶器内热流密度分布图。图2为在1000X200 mm板坯连铸机上浇铸Stb32钢时得到的结晶器内坯壳表面温度分布示意图。图3为 在1000X200 mm板坯连铸机上浇铸Stb32钢时得到的结晶器内凝固坯壳厚度分布示意图。图4为在1000X200 mm板坯连铸机上浇铸Stb32钢时得到的结晶器铜板冷热面温度分布示意图。图5为在1000X200 mm板坯连铸机上浇铸Stb32钢时得到的结晶器铜板倒锥度关系分布示意图。图6为在150X 150 mm小方坯连铸机上浇铸Q235钢时得到的结晶器内热流密度分布图。图7为在150X 150 mm小方坯连铸机上浇铸Q235钢时得到的结晶器内坯壳表面温度分布示意图。图8为在150X 150 mm小方坯连铸机上浇铸Q235钢时得到的结晶器内凝固坯壳厚度分布示意图。图9为在150X 150 mm小方坯连铸机上浇铸Q235钢时得到的结晶器铜板冷热面温度分布示意图。图10为在150X 150 mm小方坯连铸机上浇铸Q235钢时得到的结晶器铜板倒锥度关系分布示意图。具体实施例方式本专利技术从方坯连铸机结晶器或板坯连铸机结晶器控制系统监测得到的实时水量和温差为基础，利用不同铸机参数、钢种数据参数及生产工艺参数来换算结晶器内的热流密度，模拟整个结晶器内高温钢液的凝固传热过程。下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细阐述。实施例1 在1000 X 200 mm板坯连铸机上浇铸Stb32钢。1.模型数据初始化过程首先确认板坯二维计算模型、结晶器尺寸1000X200 mm、结晶器高度900 mm、弯月面位置100 mm、时间步长0. 1 S、空间步长10 mm ； 其次通过确认钢种Stb32，得到钢种物性参数；然后在生产工艺数据库中，确认浇注温度1572°C、拉速1. 2 m/min、结晶器铜板有效厚度24 mm、结晶器冷却水初始温度35°C、流速8 m/s。2.实时参数导入过程通过监测系统中获得的结晶器冷却水实时流量和温差数据，宽面铜板水量3960 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　在线模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的仿真方法，其特征是：以控制系统监测得到的结晶器实时水量和温差关系为基础，利用铸机参数、钢种数据参数及生产工艺参数来模拟整个结晶器内高温钢液的凝固传热过程，换算得到结晶器单位面积上的热流密度边界条件，以此计算结晶器内钢液的凝固传热过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永斌，马春武，幸伟，徐海伦，孙铁汉，李智，杜斌，叶理德，邵远敬，
申请(专利权)人：中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：83