CN103386472B - 一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法及装置；该方法基于不均匀温度场平板的形变，计算连铸结晶器出口与足辊间坯壳的最大鼓肚形变量；以最大鼓度量小于等于临界鼓肚形变量为判据，计算连铸结晶器出口坯壳安全厚度。本发明结合理论计算以及钢种材料属性得出连铸结晶器出口坯壳安全厚度，从而改变了通过经验判断连铸结晶器出口坯壳是否合格的做法，对于提升钢材成型质量以及生产安全性具有显著的积极意义。

Description

一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法及装置

技术领域

本发明属于炼钢连铸技术领域，特别涉及一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法及装置。

背景技术

炼钢连铸生产过程中，在铸坯质量稳定性的前提下，拉坯速度越高则生产效率越高。然而，拉坯速度高往往也意味着结晶器出口坯壳厚度薄。如果出口坯壳过薄，将会造成出结晶器后严重鼓肚，从而导致铸坯容易产生形状缺陷和后续辊列间的交变机械变形疲劳开裂等一系列质量问题。而这些质量问题都将不利于生产过程和铸坯质量的稳定性。另一方面，如果出口坯壳过厚，则意味着出结晶器坯壳表面温度也较低，随后铸坯表面的温度回升幅度相应加大，从而产生较大的热应力，使铸坯出现形变甚至裂纹。因此，结晶器出口安全坯壳厚度的确定一直是连铸设备与工艺设计中十分关注的问题。

常规的生产中，坯壳的安全厚度都是通过经验判断，缺乏相对客观的理论支撑，这就导致坯壳厚度的确定存在一定的不稳定性，始终存在这安全风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法，包括以下步骤：

测量钢材的固相线温度T_S、坯壳表面温度T_f、铸坯的宽度B、辊间距L、钢水静压力P；

通过公式计算平板的弹性模量E；

通过公式计算平板的弯曲刚度D；

通过公式计算结晶器出口与足辊间的最大鼓肚形变w_max；

以结晶器出口与足辊间的最大鼓肚形变w_max小于等于坯壳的临界鼓肚形变量w_c为判据，确定连铸结晶器出口坯壳安全厚度S的范围；

其中，α为数值因子，v为泊松比，T_s为钢材的固相线温度。

进一步地，所述临界鼓肚变形量w_c取值范围为1～3mm。

进一步地，所述数值因子α根据铸坯的宽度B和辊间距L查询获得。

进一步地，所述固相线温度T_s根据钢材的具体钢种查得。

一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取装置，包括：

参数检测模块，通过测量装置检测坯壳表面温度T_f、铸坯的宽度B、辊间距L、钢水静压力P；

计算模块，联立弹性模量E的计算公式平板弯曲刚度D的计算公式最大鼓肚形变量w_max额计算公式计算结晶以及不等式w_max≤w_c，运算得出坯壳安全厚度S_sec的范围；

输出模块，存储钢种参数以及计算出的坯壳安全厚度范围并通过显示屏幕输出坯壳安全厚度范围；

其中，α为数值因子，v为泊松比，T_s为钢材的固相线温度，w_c为坯壳临界鼓肚形变量。

进一步地，所述测温装置为红外测温仪。

进一步地，所述显示屏幕为触摸屏。

进一步地，所述临界鼓肚变形量w_c取值范围为1～3mm。

进一步地，所述数值因子α根据铸坯的宽度B和辊间距L查询获得。

进一步地，所述固相线温度T_s根据钢材的具体钢种查得。

本发明提供的连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法及装置，该方法基于不均匀温度场平板的弹性形变，通过对铸坯的固相温度以及表面温度的测量结合热力学运算得出坯壳的安全厚度范围；相比目前常用的经验法具有明确的理论依据，从而更为可靠，特别是为高拉速连铸的结晶器出口安全坯壳厚度研究提供了可靠的途径。

附图说明

图1为本发明实施例提供的连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法的流程图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供的一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法，基于不均匀温度场平板的形变，计算连铸结晶器出口与足辊间坯壳的最大鼓肚形变量；以最大鼓度量小于等于临界鼓肚形变量为判据，计算连铸结晶器出口坯壳安全厚度。

测量钢材坯壳表面温度T_f、铸坯的宽度B、辊间距L以及钢水静压力P。本方法通过常规的炼钢红外测温设备分别测量铸坯钢材的固相线温度T_s和坯壳表面温度T_f，以此作为可变参量，计算相关中间变量进而获取铸坯的最大鼓肚形变w_max。

通过下列结算公式联立获取最大鼓肚形变w_max：

通过公式计算平板的弹性模量E；

通过公式计算平板的弯曲刚度D；

通过公式计算结晶器出口与足辊间的最大鼓肚形变w_max；其中，α为数值因子，v为泊松比，s为坯壳厚度。

数值因子α为常数，与铸坯的宽度B和辊间距L相关，通过查表的方式可以直接获取；泊松比v为常数。T_s为钢材的固相线温度，每个具体的钢种其对应的固相线温度T_s为已知常数，通过查询对应的钢种参数获取。

以结晶器出口与足辊间的最大鼓肚形变w_max小于等于坯壳的临界鼓肚形变量w_c为判据，确定连铸结晶器出口坯壳安全厚度S的范围；即w_max≤w_c时，通过联立上述公式获得对应的坯壳厚度为安全坯壳厚度S_sec的计算公式：

$S_{\sec }\≥\sqrt[3]{12\·\mathrm{\α}\·\frac{{\mathrm{pl}}^4}{w_{c}E}(1-v^2)}$

在连铸操作中的钢材的临界鼓肚形变量的取值范围为1～3mm，根据不同的钢材类型各不相同，每个具体的钢种的临界鼓肚形变量为已知常数，通过查询钢种参数可直接获取。

为了实现铸坯工艺的实时参数监测，本实施例提供一种坯壳安全厚度的获取装置，包括：

参数检测模块，通过测温装置检测坯壳表面温度T_f；优选的，通过对连铸环境适应性较好的红外测温仪直接测量坯壳表面温度，并将测得的温度参数传存储待用；

计算模块，联立弹性模量E的计算公式平板弯曲刚度D的计算公式最大鼓肚形变量w_max额计算公式计算结晶以及判据不等式w_max≤w_c，运算得出坯壳安全厚度范围；

输出模块，存储钢种参数以及计算出的坯壳安全厚度范围并通过显示屏幕输出坯壳安全厚度范围。优选的，显示屏选用具有良好人机界面和现场处理能力的触摸屏。实际生产中，对应待铸坯的钢种，其钢种参数包括：钢种的固相线温度T_s以及临界鼓肚形变量w_c；通过触摸屏的人机界面选取钢种对应的参数信息，发送给计算模块，结合检测的温度参数完成计算操作。不仅显示计算所得的坯壳安全厚度，同时将生产信息参数，存储记录，方便日后的调用。

在铸坯操作时，参数检测模块检测坯壳表面温度T_f并将参数发送给计算模块执行运算，并通过输出模块输出计算结果；同时将此次生产的各项参数记录，作为生产数据库，直到日后的生产。

本发明基于不均匀温度场平板的变形过程，具有明确的理论依据和方程判据形式。可用于确定常规拉速及高拉速条件下连铸板坯和方坯的安全坯壳厚度，还可用于指导结晶器的冷却能力设计，从而实现稳定、高效地生产合格铸坯；相对于传统铸坯操作中通过经验判断的方法，本方法更客观，受主观因素影响小，从而保证铸坯的质量。

下面通过具体的实施例说明本方法。

在1200mm×200mm板坯连铸机上浇铸Q235B钢。结晶器长度900mm，第一对辊子间距160mm。对于Q235B钢，取临界鼓肚变形量为1mm，出结晶器时铸坯的表面温度为1150℃，得到结晶器出口处的安全坯壳厚度。

1.计算弹性模量E：

$E=9.8\×\frac{1446-1298}{1446-100}\×{10}^3$

2.计算弯曲刚度D：

$D=\frac{{\mathrm{ES}}^3}{12(1-v^2)}$

3.计算最大鼓肚变形量w_max：

$w_{\max }=0.002604\·\frac{p\·{160}^4}{D}$

4.确定临界鼓肚变形量w_c：

w_c＝1

5.计算安全坯壳厚度S_sec：

w_max≤w_c

求解此不等式方程得，

S_sec≥10.43mm

由此可以知道，为了保证铸坯的质量和生产安全，铸坯的坯壳厚度最小为10.43mm。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

测量钢材坯壳表面温度T_f、铸坯的宽度B、辊间距L、钢水静压力P；

通过公式计算平板的弹性模量E；

通过公式计算平板的弯曲刚度D；

通过公式计算结晶器出口与足辊间的最大鼓肚形变w_max；

以结晶器出口与足辊间的最大鼓肚形变w_max小于等于坯壳的临界鼓肚形变量w_c为判据，确定连铸结晶器出口坯壳安全厚度S的范围；

基于不均匀温度场平板的弹性形变，通过对铸坯的固相温度以及表面温度的测量结合热力学运算得出坯壳的安全厚度范围安全坯壳厚度S_sec的计算公式：

$S_{\sec }\≥\sqrt[3]{12\·\mathrm{\α}\·\frac{{\mathrm{pl}}^4}{w_{c}E}(1-v^2)}$

其中，α为数值因子，v为泊松比，T_s为钢材的固相线温度。

2.如权利要求1所述的连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法，其特征在于：所述临界鼓肚变形量w_c取值范围为1～3mm。

3.如权利要求1所述的连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法，其特征在于：所述数值因子α根据铸坯的宽度B和辊间距L查询获得。

4.如权利要求1所述的连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法，其特征在于：所述固相线温度T_S根据钢材的具体钢种查得。

5.一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取装置，其特征在于，包括：

参数检测模块，通过测量装置检测坯壳表面温度T_f、铸坯的宽度B、辊间距L、钢水静压力P；

计算模块，联立弹性模量E的计算公式平板弯曲刚度D的计算公式最大鼓肚形变量w_max额计算公式计算结晶以及不等式w_max≤w_c，运算得出坯壳安全厚度S_sec的范围；

输出模块，计算出的坯壳安全厚度范围并通过显示屏幕输出坯壳安全厚度范围；

其中，α为数值因子，v为泊松比，T_s为钢材的固相线温度，w_c为坯壳临界鼓肚形变量。

6.如权利要求5所述的连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取装置，其特征在于：所述坯壳表面温度通过红外测温仪测量。

7.如权利要求5所述的连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取装置，其特征在于：所述显示屏幕为触摸屏。

8.如权利要求5所述的连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取装置，其特征在于：所述临界鼓肚变形量w_c取值范围为1～3mm。

9.如权利要求5所述的连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取装置，其特征在于：所述数值因子α根据铸坯的宽度B和辊间距L查询获得。

10.如权利要求5所述的连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取装置，其特征在于：所述固相线温度T_S根据钢材的具体钢种查得。