一种连铸板坯内部裂纹在线预测方法
【专利摘要】本发明涉及一种连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于：将铸坯从结晶器弯月面到控制区末端划分为若干个切片，在忽略沿拉坯方向传热的基础上，建立每个切片的二维凝固传热的切片热跟踪模型；通过切片热跟踪模型对铸坯凝固过程进行动态跟踪，将所有切片连在一起动态描述整个铸流的温度场分布；根据温度场分布或铸坯凝固参数，通过鼓肚应变模型在线实时计算铸坯产生的鼓肚应变，同时设定铸坯的临界应变值作为产生内部裂纹的标准，当鼓肚应变超过铸坯临界应变值时，铸坯即发生内部裂纹。能够在线实时对板坯内部裂纹进行预测，从而节约大量检测成本。
【专利说明】一种连铸板坯内部裂纹在线预测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种连铸板坯内部裂纹在线预测方法，属于炼钢连铸领域。
【背景技术】
[0002]随着国家大力提倡发展循环经济，冶金企业对节能降耗的要求也越来越高。连铸坯热送热装以及连铸坯连轧技术具有能耗低、投资省、成材率高、生产周期短等明显特征，因而成为连铸领域最活跃的研究领域。过去，连铸机生产的铸坯质量主要以冷态下铸坯的质量来评定，在生产过程中，连铸坯内部裂纹程度和分布需借助硫印或热酸蚀低倍检测来获得，这种冷态取样和检查的传统铸坯质量控制方法显然不能满足热送、热装和直接轧制工艺的要求。因此，建立铸坯质量的在线预报系统受到广泛关注。
[0003]连铸坯的内部裂纹对钢材的综合性能和铸坯的轧制成材有严重影响。目前国内关于在线预测连铸坯内部裂纹的研究还鲜有报道。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:提出一种连铸坯内部裂纹在线预测方法，能够在线实时对板坯内部裂纹进行预测，从而节约大量检测成本。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0006]一种连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于:将铸坯从结晶器弯月面到控制区末端划分为若干个切片，在忽略沿拉坯方向传热的基础上，建立每个切片的二维凝固传热的切片热跟踪模型；通过切片热跟踪模型对铸坯凝固过程进行动态跟踪，将所有切片连在一起动态描述整个铸流的温度场分布；根据温度场分布或铸坯凝固参数，通过鼓肚应变模型在线实时计算铸坯产生的鼓肚应变，同时设定铸坯的临界应变值作为产生内部裂纹的标准，当鼓肚应变超过铸坯临界应变值时，铸坯即发生内部裂纹。
[0007]按上述技术方案，上述方法具体包括如下步骤:
[0008]第一步:数据初始化过程:从一级计算机、二级计算机和三级计算机读取钢种信息、钢种物性参数、工艺参数、设备参数以及设定的模型计算参数；
[0009]第二步:将铸坯从结晶器弯月面到控制区末端划分为若干个切片，对于每个切片，以板还宽度方向为X轴，厚度方向为Y轴，运动方向为Z轴建立坐标系,进而在忽略沿拉还方向传热的基础上，建立每个切片的二维凝固传热的切片热跟踪模型；
[0010]第三步:动态跟踪每个切片，通过每个切片的独立信息单元在不同时刻随着工艺参数的实时变化，确定出每个切片在不同时刻下的凝固传热微分方程边界条件；对微分方程进行周期性求解，动态描述每个切片在不同时刻、不同位置处的温度场，将所有切片连在一起，动态描述整个铸流的温度场分布；所述独立信息包括切片的寿命、表面温度、坯壳厚度、位置；中包温度、温度场、固液相线位置和拉速。
[0011]热跟踪模型对所有切片的重要信息进行跟踪存储。计算程序内部为这些信息建立了专门的数据存储单元；[0012]第四步:进行铸坯鼓肚应变形分析:将步骤三中切片热跟踪模型计算得到的铸坯温度场及坯壳厚度信息代入鼓肚应变模型中，计算当前切片所产生的鼓肚应变；
[0013]第五步:当鼓肚应变超过铸坯临界应变值时，系统即发出铸坯产生内部裂纹的预告；同时，将所有切片串起来，动态展现整个铸流的鼓肚应变情况。
[0014]按上述技术方案，所述的切片热跟踪模型，按如下凝固传热微分方程表示:
【权利要求】
1.一种连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于:将铸坯从结晶器弯月面到控制区末端划分为若干个切片，在忽略沿拉坯方向传热的基础上，建立每个切片的二维凝固传热的切片热跟踪模型；通过切片热跟踪模型对铸坯凝固过程进行动态跟踪，将所有切片连在一起动态描述整个铸流的温度场分布；根据温度场分布或铸坯凝固参数，通过鼓肚应变模型在线实时计算铸坯产生的鼓肚应变，同时设定铸坯的临界应变值作为产生内部裂纹的标准，当鼓肚应变超过铸坯临界应变值时，铸坯即发生内部裂纹。
2.根据权利要求1所述的连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于:上述方法具体包括如下步骤: 第一步:数据初始化过程:从一级计算机、二级计算机和三级计算机读取钢种信息、钢种物性参数、工艺参数、设备参数以及设定的模型计算参数； 第二步:将铸坯从结晶器弯月面到控制区末端划分为若干个切片，对于每个切片，以板还宽度方向为X轴，厚度方向为Y轴，运动方向为Z轴建立坐标系,进而在忽略沿拉还方向传热的基础上，建立每个切片的二维凝固传热的切片热跟踪模型； 第三步:动态跟踪每个切片，通过每个切片的独立信息单元在不同时刻随着工艺参数的实时变化，确定出每个切片在不同时刻下的凝固传热微分方程边界条件；对微分方程进行周期性求解，动态描述每个切片在不同时刻、不同位置处的温度场，将所有切片连在一起，动态描述整个铸流的温度场分布；所述独立信息包括切片的寿命、表面温度、坯壳厚度、位置；中包温度、温 度场、固液相线位置和拉速。 热跟踪模型对所有切片的重要信息进行跟踪存储。计算程序内部为这些信息建立了专门的数据存储单元； 第四步:进行铸坯鼓肚应变形分析:将步骤三中切片热跟踪模型计算得到的铸坯温度场及坯壳厚度信息代入鼓肚应变模型中，计算当前切片所产生的鼓肚应变； 第五步:当鼓肚应变超过铸坯临界应变值时，系统即发出铸坯产生内部裂纹的预告；同时，将所有切片串起来，动态展现整个铸流的鼓肚应变情况。
3.根据权利要求1或2所述的连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于:所述的切片热跟踪模型，按如下凝固传热微分方程表示:
PT r:1T r2T ρα— = λ^ + λ^τCl)
dt Dx2 dyr 式中:P-钢的密度，kg/m3; c-等效比热容，J/kg.K ； 入一导热系数，W/m.V ； T—温度，K ； 该模型中所需输入的将初始条件参数包括四种分别为:钢种和钢种参数；包含浇注温度、拉速、铸坯断面尺寸、二次各分区冷却水量、环境温度的工艺参数；包含铸机二冷分区、辊列布置、喷嘴布置的铸机结构参数；包含时间步长、空间步长、切片长度、计算周期的计算参数； 凝固初期整段钢坯的温度场均匀一致，都和浇铸温度相同； 铸坯凝固过程中依次经过结晶器，二冷区，空冷区，所有热量均由表面传出，各区的冷却条件不同，边界条件也不同；结晶器内边界条件: 结晶器瞬时热流密度的表达式为:
4.根据权利要求3所述的连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于:在切片热跟踪模型接收到“开浇”信号后，先计算出从弯月面起到结晶器内的第一个切片的温度场与固液相线位置；每当进入下一个计算周期时，则更新中间包温度，及所有切片的拉速，同时更新结晶器宽窄面和二冷各分区水量，以及结晶器冷却水温升数据；每当新生成一个切片时，则为新生成的切片建立一个数据存储单元，同时将出了控制区切片的数据存储单元释放掉，切片每走一个时间步长△ t，则对切片当前所处的边界条件进行一次判断，进而对切片的凝固传热微分方程进行求解得到此时的切片温度场和固液相线位置，重复这个过程，直到切片移至下一切片位置，下一切片再次重复这个过程，最后直到切片出控制区； 在切片热跟踪模接收到“出尾坯”信号后，下一个计算周期将不再生成新的切片，旧切片继续往铸机出口移动，同时实时计算其温度场和固液相线位置，并更新切片号，直到最后产生的切片出了控制区，才结束整个热跟踪过程； 在切片热跟踪模接收到“停浇”信号后，则清空对所有切片的跟踪信息，即复位所有切片信息。
5.根据权利要求1或2或4所述的连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于鼓肚应变模型 中第i个辊子处铸坯的鼓肚应变计算公式为:
6.根据权利要求1或2或4所述的连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于:所述的铸坯临界应变值通过实验测试并由现场实测修正得出。
7.根据权利要求5所述的连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于:所述的铸坯临界应变值通过实验测试并由现场实测修正得出。
【文档编号】B22D11/16GK103920859SQ201310012646
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年1月14日 优先权日:2013年1月14日
【发明者】幸伟, 范小刚, 马春武, 徐永斌, 徐海伦, 陈洪智, 邵远敬, 叶理德, 袁德玉 申请人:中冶南方工程技术有限公司