一种连铸厚坯中心孔洞性缺陷轧合的控制方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及厚板热乳技术领域，特别是涉及一种连铸厚坯中心孔洞性缺陷乳合的 控制方法。
【背景技术】
[0002] 连铸厚坯的中心区域不可避免地存在疏松、缩孔、微裂纹等冶金缺陷。这些缺陷破 坏了材料的连续性，降低了材料的抗疲劳和抗断裂性能，是导致乳后产品探伤不合，制约成 材率提高的主要原因。在诸多缺陷中，影响较大的孔洞性缺陷会严重降低乳材的使用寿命 或致使乳材报废。铸坯中心缺陷的乳合对优化乳制工艺参数进而提高板材质量、成材率有 着重要的意义。
[0003] 如何在后续乳制过程中将这些中心缺陷有效消除是钢铁行业迫切需要解决的重 要课题。
[0004] 目前，对于中心缺陷乳合问题，一些钢铁企业笼统地采用提高道次压下量的方法， 增加心部压缩应力，促进缺陷的乳合。最新的研究表明，建立厚板中心缺陷压合的理论或模 拟的力学判据可以粗略的指导压下量的设计，进而提高产品质量。
[0005] 对于中心缺陷的压合，已有的解析判据和数值模拟临界条件均因忽略乳件道次不 同而厚度变化的特点，每道次的压下量按相同的临界值进行设计，即分别按几何形状因子 '欠 =? =G·518与4 =〇.53进行设计，属于压下道次的静态控制，仅能给出粗略的指 ΙΛλ 导，不能反映每道次变化的乳制参数对中心孔洞性缺陷乳合效果的影响。特别是模拟的临 界力学条件仅能给出离散的点，只能适用于给定的具体参数，难以对生产实际给出一般性 的指导。
[0006] 因此，开发具有普遍意义且能反映动态乳制参数影响的力学判据并给出应用方法 是本发明的目的。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种连铸厚坯中心孔洞性缺陷乳合的控制方法，以克服现 有技术中的不足。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0009] 本申请实施例公开了一种连铸厚坯中心孔洞性缺陷乳合的控制方法，包括步骤：
[0010] (1 )、设定速度场，包括设定含圆形孔洞缺陷运动许可速度场和应变速率场；
[0011] (2)、基于速度场建立乳制功率总功率泛函，并求得最小乳制功率泛函；
[0012] (3)、设计乳制工艺参数；
[0013] (4)、计算动态临界几何形状因子，动态临界几何形状因子为：
[0014]
[6 )
[0015] 式中：hm为平均板厚的一半，Ah = h『hi为绝对压下量的一半，\ ='? + -Keosa,,为 中性点处的板坯半厚，ho为乳件的入口处半厚度，In为乳件出口处半厚度，R为乳辊半径，αη 为中性角，m为摩擦因子；
[0016] (5)、计算实际几何形状因子： Λ_ /
[0017] Δ = -- (7)：
[0018] 式中，ht = 2hm=ho+hi为整个乳件的平均厚度；
[0019] (6)、乳合状态判别与调整，若实际几何形状因子与动态临界几何形状因子满足下 式(8)，则中心孔洞性缺陷乳合： / f /、
[0020] Δ = ->Ar= - ( 8 ) ht ΙΛ 人
[0021] 否则，则需要调整压下量至乳合判别式满足。
[0022] 优选的，在上述的连铸厚坯中心孔洞性缺陷乳合的控制方法中，所述步骤（1)中， 设定含圆形孔洞缺陷运动许可速度场和应变速率场，满足：
[0023] ⑴
[0024] (2)
[0025] 式（1)中，r为圆形孔洞半径，U = vx(hx-r)b = VQ(hQ-r)b = vi(hi-r)b为秒流量体积， vx、vy、vz为直角坐标系中x，y，z方向的速度分量，b为板坯宽度的一半，h x为乳件的厚度，ΙΑ 为hx的一阶导数;式(2)中，欠之.，4表示沿x、y、z方向的正应变速率，4 :1.，4,心表示剪应变 速率，其中首个下标表示作用面的法线方向，第二个下标表示作用力的方向，h〃x为h x的二阶 导数。
[0026] 优选的，在上述的连铸厚坯中心孔洞性缺陷乳合的控制方法中，所述步骤(2)中， 基于速度场可建立乳制功率总功率泛函为：
[0027] ( 3 )
[0028] .丨.i "iiy j .丨.I丄vn，iiiy j/干;j 亦 K21」，wm μ j W W，iiuy J-TL· 丨丨_的入口处+厚度， hi为乳件出口处半厚度，R为乳辊半径；
[0029] 乳制功率总功率泛函对中性角αη求导，并令其为零，可得摩擦因子m为：
[0031 ] 式⑷中，，=%?涵为撤嫌长，秒流量对中性角的导数W =如/5a,, =v.s6sin.2洱-.「句s.i叫 ⑷
[0030] 系数.
^为乳辊圆周速度，Θ为咬入角；
[0032] 将摩擦因子代入总功率泛函表达式，可得最小乳制功率泛函，进而代入下式，可得 车L制力矩M min、乳制力Fmin以及应力状态系数η。分别为：
[0033]
(5)
[0034] 1尤?的，仕上还的迕诗厚处甲心札洄?生駅陌乳甘的控制方法中，所述步骤（4)中， / Ah' 令αη在0到咬入角e=arccos I - γ间进行搜索，之后按式（4)求出m，再依次代入式（3)、 \ Μ ：) (5)、（6)可确定出动态临界几何形状因子在某一道次的数值。
[0035] 优选的，在上述的连铸厚坯中心孔洞性缺陷乳合的控制方法中，所述步骤(3)中， 所述乳制工艺参数包括辊速、道次压下量、乳制温度。
[0036] 与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明依赖于动态乳制参数的乳合判据，能 够指导每道次乳制工艺参数制定，从而提高产品探伤合格率。
【附图说明】
[0037] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038] 图1所示为本发明具体实施例中连铸厚坯中心孔洞性缺陷乳合的控制方法的流程 图；
[0039] 图2所示为本发明具体实施例中含中心孔洞性缺陷板材乳制变形区示意图；
[0040] 图3所示为本发明具体实施例中中心缺陷乳合状态示意图。
【具体实施方式】
[0041] 结合图1所示，连铸厚坯中心孔洞性缺陷乳合的控制方法包括如下步骤。
[0042] (1)设定速度场
[0043]根据圆形孔洞在乳件中心位置的几何特点，当乳辊半径为R，乳件入口半厚为ho， 出口半厚为hi，入口速度νο,变形区乳件半厚为hx，变形区长度为1，咬入角为Θ，如图2所示， 设定如下含圆形孔洞缺陷运动许可速度场和应变速率场：
[0044] (；1)
[0045] (2)
[0046 ] 式（1)中，r为圆形孔洞半径，U = Vx (hx-r) b = VQ (h〇-r) b = VI (hi_r) b为秒流量体积， vx、vy、vz为直角坐标系中x，y，z方向的速度分量，b为板坯宽度的一半，h x为乳件的厚度，ΙΑ 为hx的一阶导数;式(2)中，<，?,.，表示沿x、y、 z方向的正应变速率，，夂，夂表示剪应变 速率，其中首个下标表示作用面的法线方向，第二个下标表示作用力的方向，h〃 x为hx的二阶 导数。
[0047] (2)乳制功率及其最小化
[0048] 基于上述速度场可建立乳制功率总功率泛函为：
[0049]
( 3 )
[0050] 式中:αη为中性角，m为摩擦因子，os为材料的变形抗力，ho为乳件的入口处半厚度， hi为乳件出口处半厚度，R为乳辊半径。
[0051] 乳制功率总功率泛函对中性角αη求导，并令其为零，可得摩擦因子m为：
⑷
[0052]
[0053] 式⑷中，卜対識?瓜长，秒忡性舶勺女ΛΓ=如/3?