专利名称：确定特厚板坯连铸机垂直段高度去除夹杂物的方法
技术领域：
本发明涉及特厚板坯生产领域，特别是一种去除特厚板坯内部夹杂物的方法。
背景技术：
采用直弧型连铸机生产特厚板坯，这些板坯供给宽厚板轧钢机轧制成特厚钢板。在连铸过程中板坯内部夹杂物会导致板坯内部出现质量缺陷，尤其是粒径50 μ m 100 μ m的大型夹杂物。板坯内部的夹杂物在轧制过程中，因被拉长可能导致轧制成材的特厚板探伤不合格。为了降低夹杂物对铸坯质量的损害，在设计连铸机时，将连铸机的结晶器及其下部的铸坯导向段的一部分设计成垂直状态，使处于结晶器及其下部的支撑导向段中的板坯处于垂直状态下凝固，从结晶器内钢液面(在连铸领域也称为“弯月面”)至板坯开始弯曲点的距离被定义为垂直段高度，如
图1所示。使得板坯可以在这个由结晶器和垂直状态的铸坯导向段形成的垂直段区域中凝固，为钢水中大型夹杂物的上浮创造了条件，达到避免因铸坯中夹杂物造成质量缺陷的目的。从有利于夹杂物上浮角度看，垂直段的高度越高越好，但是，过高的垂直段使钢水静压力增加，增加铸坯“鼓肚”倾向，使内裂的可能性加大，而且增加了连铸机的造价和工程建设投资。
发明内容
本发明的目的就是提供一种确定特厚板坯连铸机垂直段高度去除夹杂物的方法，它适用于直弧形连铸机生产特厚板坯，通过确定合理的直弧型连铸机垂直段高度并按此高度在特厚连铸机上设置垂直段，达到减少特厚板坯内部夹杂物，并使残留于特厚板坯内部夹杂物分布均匀的目的。本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有直弧型连铸机，直弧型连铸机包括有垂直支撑导向段、弧形支撑导向段和水平支撑导向段，在垂直支撑导向段的入口处设置有结晶器，结晶器位置以下均为二次冷却区，垂直支撑导向段垂直高度H的确定步骤如下:I)假设直弧型连铸机生产连铸坯时，液相穴内的夹杂物含量少，忽略夹杂物运动对钢液流动的影响；2)在步骤I)的假设条件下，建立直弧型连铸机三维凝固传热与流动耦合仿真计算数学模型，将二次冷却区的水量平均分配到各部位后，依据连铸传热边界条件换算成换热系数，利用数学模型计算凝固传热和铸坯内部钢液流场；3)根据步骤2)中计算得到的铸坯内部钢液流场，考虑铸坯凝固过程中夹杂物颗粒相与液相的相互作用，建立夹杂物颗粒在钢液中运动的数学模型，利用该数学模型，当设定一个垂直高度H，就可以进行仿真计算，输出对应情况下夹杂物的运动轨迹；4)校准和验证数学模型，以一台已有的直弧型连铸机为对象，已知该直弧型连铸机的垂直高度H，根据步骤I)至步骤3)计算该直弧型连铸机生产出的铸坯内部夹杂物理论分布，再获取该直弧型连铸机实际生产铸坯的横断面样，观察并得出夹杂物分布图谱，以实际取样结果为标准，通过修正数学模型的边界条件，验证并校准步骤3)中的杂物颗粒在钢液中运动的数学模型；5)利用步骤4)中校准后的数学模型，设定不同的垂直段高度，计算出每个垂直段高度对应的直弧型连铸机生产出的铸坯内部夹杂物的运动轨迹、上浮率以及未上浮而被铸坯凝固壳捕获的夹杂物颗粒分布状况，找出铸坯内部夹杂物上浮率和分布状况最佳对应的垂直段高度。进一步，步骤2 )中所述建立直弧型连铸机三维凝固传热仿真计算数学模型的具体方法如下:能量控制方程
权利要求
1.确定特厚板坯连铸机垂直段高度去除夹杂物的方法，其特征在于:它包括有直弧型连铸机，直弧型连铸机包括有垂直支撑导向段、弧形支撑导向段和水平支撑导向段，在垂直支撑导向段的入口处设置有结晶器，结晶器位置以下均为二次冷却区，垂直支撑导向段垂直高度H的确定步骤如下: 1)假设直弧型连铸机生产连铸坯时，液相穴内的夹杂物含量少，忽略夹杂物运动对钢液流动的影响； 2)在步骤I)的假设条件下，建立直弧型连铸机三维凝固传热与流动耦合仿真计算数学模型，将二次冷却区的水量平均分配到各部位后，依据连铸传热边界条件换算成换热系数，利用数学模型计算凝固传热和铸坯内部钢液流场； 3)根据步骤2)中计算得到的铸坯内部钢液流场，考虑铸坯凝固过程中夹杂物颗粒相与液相的相互作用，建立夹杂物颗粒在钢液中运动的数学模型，利用该数学模型，当设定一个垂直高度H，就可以进行仿真计算，输出对应情况下夹杂物的运动轨迹； 4)校准和验证数学模型，以一台已有的直弧型连铸机为对象，已知该直弧型连铸机的垂直高度H，根据步骤I)至步骤3)计算该直弧型连铸机生产出的铸坯内部夹杂物理论分布，再获取该直弧型连铸机实际生产铸坯的横断面样，观察并得出夹杂物分布图谱，以实际取样结果为标准，通过修正数学模型的边界条件，验证并校准步骤3)中的杂物颗粒在钢液中运动的数学模型； 5)利用步骤4)中校准后的数学模型，设定不同的垂直段高度，计算出每个垂直段高度对应的直弧型连铸机生产出的铸坯内部夹杂物的运动轨迹、上浮率以及未上浮而被铸坯凝固壳捕获的夹杂物颗粒分布状况，找出铸坯内部夹杂物上浮率和分布状况最佳对应的垂直段高度。
2.如权利要求1所述的确定特厚板坯连铸机垂直段高度去除夹杂物的方法，其特征在于，步骤2)中所述建立直弧型连铸机三维凝固传热仿真计算数学模型的具体方法如下: 能量控制方程
3.如权利要求2所述的确定特厚板坯连铸机垂直段高度去除夹杂物的方法，其特征在于，步骤2)中铸坯内部钢液流场的函数表达示为: 流场控制方程: 连续性方程:
4.如权利要求3所述的确定特厚板坯连铸机垂直段高度去除夹杂物的方法，其特征在于，步骤3)中建立夹杂物颗粒在钢液中运动的数学模型的函数表达示为:采用离散相模型描述夹杂物粒子的运动，则作用在粒子上力的平衡方程为:
5.如权利要求4所述的确定特厚板坯连铸机垂直段高度去除夹杂物的方法，其特征在于，步骤4)中所述修正数学模型的具体方法如下:对于铸坯的凝固传热，模型采用射钉实验及表面温度测试的方式进行了验证，温度偏差较大的情况下可通过调整铸坯表面的换热系数以使模拟情况符合实际过程；对凝固之后的夹杂物分布进行了取样验证，观察并得出夹杂物分布图谱，考察夹杂物在连铸坯中心处及边部的概率分布是否与模拟结果一致。
6.如权利要求5所述的确定特厚板坯连铸机垂直段高度去除夹杂物的方法，其特征在于，步骤5)中夹杂物上浮率最高、分布最均匀所对应的直弧型连铸机垂直段高度为最佳。
全文摘要
确定特厚板坯连铸机垂直段高度去除夹杂物的方法，涉及特厚板坯生产领域，本发明利用三维凝固传热流动耦合仿真模型与夹杂物运动仿真模型进行仿真计算，找出连铸过程中铸坯内部夹杂物上浮率、分布状况与垂直段高度的关系，以满足连铸过程中铸坯内部夹杂物上浮率高、分布均匀为目标，准确确定连铸机的垂直段高度，并按此高度在特厚板坯连铸机上设置垂直段，降低夹杂物对铸坯质量的损害，提高用特厚板坯轧制特厚板的探伤合格率。
文档编号B22D11/00GK103192039SQ20131013583
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者毛敬华, 王水根, 沈厚发, 魏瑞刚, 占贤辉, 曹建峰, 张亚东 申请人:中冶赛迪工程技术股份有限公司