CN113573826A - 铸模内凝固壳厚推定装置及铸模内凝固壳厚推定方法 - Google Patents

铸模内凝固壳厚推定装置及铸模内凝固壳厚推定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113573826A
CN113573826A CN202080021898.4A CN202080021898A CN113573826A CN 113573826 A CN113573826 A CN 113573826A CN 202080021898 A CN202080021898 A CN 202080021898A CN 113573826 A CN113573826 A CN 113573826A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mold
molten steel
thickness
heat transfer
solidified shell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080021898.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113573826B (zh
Inventor
益田稜介
桥本佳也
松井章敏
森田周吾
林田达郎
郡山大河
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Publication of CN113573826A publication Critical patent/CN113573826A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113573826B publication Critical patent/CN113573826B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D46/00—Controlling, supervising, not restricted to casting covered by a single main group, e.g. for safety reasons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B22D11/188—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to thickness of solidified shell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
    • B22D11/182—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level by measuring temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

本发明的铸模内凝固壳厚推定装置具备：输入装置，被输入连续铸造设备的中间包中的钢液的温度及成分的计测结果、在连续铸造设备中浇铸的铸片的宽度、厚度及浇铸速度的计测结果以及铸模内的钢液流速分布；模型数据库，保存有与连续铸造设备的铸模内的钢液的凝固反应相关的模型式及参数；换算部，将输入到输入装置的铸模内的钢液流速变换为热传导参数；及传热模型计算部，通过使用连续铸造设备的中间包中的钢液的温度及成分的计测结果、在连续铸造设备中浇铸的铸片的宽度、厚度及浇铸速度的计测结果、模型式、参数以及由换算部计算出的热传导参数来解三维非稳态热传导方程式，从而计算铸模及铸模内的钢的温度分布，由此推定铸模内凝固壳厚。

Description

铸模内凝固壳厚推定装置及铸模内凝固壳厚推定方法
技术领域
本发明涉及铸模内凝固壳厚推定装置及铸模内凝固壳厚推定方法。
背景技术
在连续铸造机中，钢液从中间包连续地注入，由埋设有水冷管的铸模冷却，从铸模的下部抽出。在连续铸造工艺中，越来越要求由高速铸造实现的生产性提高，但铸造速度的高速化会使铸模下端部处的铸片的凝固壳厚的减小、不均一的凝固壳厚分布产生。其结果，有可能发生在凝固壳厚薄的部位来到了铸模出口时凝固壳破裂而发生漏钢的所谓漏钢(breakout)。若发生漏钢，则会产生长时间的操作停止时间而生产性显著恶化。因而，期望能够一边进行高速铸造一边确切地预知漏钢的危险的手法的开发，提出了各种各样的方法。例如在专利文献1中记载了以下方法：基于钢液从液面到铸模出口的热通量曲线来推定从液面起铸模出口方向规定位置处的凝固壳厚，基于此来预测铸模出口的凝固壳厚。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-79023号公报
专利文献2：日本特开2016-16414号公报
非专利文献
非专利文献1：日本金属学会志Vol.45(1981)，No.3，p.242
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在专利文献1所记载的方法中，由铸模内的钢液流动引起的向凝固界面的热输入仅在稳定状态下考虑。因而，根据专利文献1所记载的方法，可认为：伴随于与钢液流动的非稳态的变化相伴的显热的偏差，在凝固壳厚的推定值中经常产生偏差。另外，在专利文献1所记载的方法中，传热计算以一维的方式执行，仅推定凝固壳厚的高度方向分布。但是，实际上，即使是相同的高度位置，在铸模的宽度方向及厚度方向上在凝固壳厚中也存在不均，因此，凭借专利文献1所记载的方法，无法预测铸模的宽度方向及厚度方向上的局部性的凝固壳的薄壁化。
本发明鉴于上述课题而完成，其目的在于，提供能够高精度地推定包括铸模的宽度方向及厚度方向在内的铸模内的凝固壳厚的铸模内凝固壳厚推定装置及铸模内凝固壳厚推定方法。
用于解决课题的手段
本发明的铸模内凝固壳厚推定装置的特征在于，具备：输入装置，被输入连续铸造设备的中间包中的钢液的温度及成分的计测结果、在所述连续铸造设备中浇铸的铸片的宽度、厚度及浇铸速度的计测结果以及铸模内的钢液流速分布；模型数据库，保存有与所述连续铸造设备的铸模内的钢液的凝固反应相关的模型式及参数；换算部，将输入到所述输入装置的铸模内的钢液流速变换为热传导参数；及传热模型计算部，通过使用所述连续铸造设备的中间包中的钢液的温度及成分的计测结果、在所述连续铸造设备中浇铸的铸片的宽度、厚度及浇铸速度的计测结果、所述模型式、所述参数以及由所述换算部计算出的热传导参数来解三维非稳态热传导方程式，从而计算铸模及铸模内的钢的温度分布，由此推定铸模内凝固壳厚。
本发明的铸模内凝固壳厚推定装置根据上述发明，其特征在于，所述换算部将比钢液的固相线温度高温且比液相线温度低温的区域中的钢液流速变换为热传导参数。
本发明的铸模内凝固壳厚推定装置根据上述发明，其特征在于，所述传热模型计算部根据铸模内的钢的温度分布来算出钢液的凝固收缩量，基于该凝固收缩量来算出铸模与凝固壳之间的综合热传递系数。
本发明的铸模内凝固壳厚推定装置根据上述发明，其特征在于，所述传热模型计算部通过将在铸模的高度方向上分割的二维非稳态传热计算模型在高度方向上排列来进行三维非稳态传热计算。
本发明的铸模内凝固壳厚推定方法的特征在于，包括：输入步骤，输入连续铸造设备的中间包中的钢液的温度及成分的计测结果、在所述连续铸造设备中浇铸的铸片的宽度、厚度及浇铸速度的计测结果以及铸模内的钢液流速分布；换算步骤，将在所述输入步骤中输入的铸模内的钢液流速变换为热传导参数；及传热模型计算步骤，通过使用所述连续铸造设备的中间包中的钢液的温度及成分的计测结果、在所述连续铸造设备中浇铸的铸片的宽度、厚度及浇铸速度的计测结果、与所述连续铸造设备的铸模内的钢液的凝固反应相关的模型式及参数、在所述换算步骤中计算出的热传导参数来解三维非稳态热传导方程式，从而计算铸模及铸模内的钢的温度分布，由此推定铸模内凝固壳厚。
本发明的铸模内凝固壳厚推定方法根据上述发明，其特征在于，所述换算步骤包括将比钢液的固相线温度高温且比液相线温度低温的区域中的钢液流速变换为热传导参数的步骤。
本发明的铸模内凝固壳厚推定方法根据上述发明，其特征在于，所述传热模型计算步骤包括根据铸模内的钢的温度分布来算出钢液的凝固收缩量并基于该凝固收缩量来算出铸模与凝固壳之间的综合热传递系数的步骤。
本发明的铸模内凝固壳厚推定方法根据上述发明，其特征在于，所述传热模型计算步骤包括通过在铸模的高度方向上分割的二维非稳态传热计算模型在高度方向上排列来进行三维非稳态传热计算的步骤。
发明效果
根据本发明的铸模内凝固壳厚推定装置及铸模内凝固壳厚推定方法，能够高精度地推定包括铸模的宽度方向及厚度方向在内的铸模内的凝固壳厚。
附图说明
图1是示出作为本发明的一实施方式的铸模内凝固壳厚推定装置的结构的示意图。
图2是示出一维非稳态传热计算模型的结构例的示意图。
图3是示出钢液流速与铸模除热量的关系的一例的图。
图4是示出半凝固区域热传导率与铸模除热量的关系的一例的图。
图5是示出钢液流速与半凝固区域热传导率的关系的一例的图。
图6是示出作为本发明的一实施方式的铸模内凝固壳厚推定处理的流程的流程图。
图7是示出三维非稳态传热计算模型的结构例的示意图。
图8是示出从铸模铜板表面起的距离与温度的关系的一例的图。
图9是示出钢的温度与密度的关系的一例的图。
图10是示出在以不将钢液流动分布用作输入条件的方式计算了三维非稳态传热计算模型的情况下得到的凝固壳厚分布的一例的图。
图11是示出铸模内的三维钢液流动分布的一例的图。
图12是示出在将铸模内的三维钢液流动分布用作输入条件而计算了三维非稳态传热计算模型的情况下得到的凝固壳厚分布的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对作为本发明的一实施方式的铸模内凝固壳厚推定装置的结构及其动作进行详细说明。
〔铸模内凝固壳厚推定装置的结构〕
首先，参照图1，对作为本发明的一实施方式的铸模内凝固壳厚推定装置的结构进行说明。
图1是示出作为本发明的一实施方式的铸模内凝固壳厚推定装置的结构的示意图。如图1所示，作为本发明的一实施方式的铸模内凝固壳厚推定装置100是推定在钢铁业的连续铸造设备中的铸模1的内部钢液5凝固而形成的凝固壳9的厚度(铸模内凝固壳厚)的装置。连续铸造设备的浸渍喷嘴3的浸渍深度、铸造速度(浇铸速度)、与在连续铸造设备中浇铸的铸片的宽度及厚度对应的铸模铜板11间的间隔、连续铸造设备的中间包中的钢液5的成分及温度的实绩信息(计测结果)向控制终端101发送。需要说明的是，图1中的标号7表示铸模粉末。
应用铸模内凝固壳厚推定装置100及铸模内凝固壳厚推定方法的控制系统具备控制终端101、铸模内凝固壳厚推定装置100、输出装置108及显示装置110作为主要的构成要素。控制终端101由个人计算机、工作站等信息处理装置构成，收集各种实绩信息、铸模内凝固壳厚分布、铸模铜板11的温度及铸模除热量的推定值。
铸模内凝固壳厚推定装置100由个人计算机、工作站等信息处理装置构成。铸模内凝固壳厚推定装置100具备输入装置102、模型数据库(模型DB)103及运算处理部104。
输入装置102是被输入与连续铸造设备相关的各种实绩信息的输入用接口。在输入装置102中，存在键盘、鼠标、指示设备、数据接收装置及图形用户接口(GUI)等。输入装置102从外部接收实绩信息、参数设定值等，进行该信息向模型DB103的写入、向运算处理部104的发送。从控制终端101向输入装置102输入实绩信息。实绩信息包括浸渍喷嘴3的浸渍深度、浇铸速度、与浇铸的铸片的宽度、厚度对应的铸模铜板11间的间隔、钢液5的成分信息及温度信息等。
模型DB103是保存有与连续铸造设备中的钢液5的凝固反应相关的模型式的信息的存储装置。模型DB103作为与钢液5的凝固反应相关的模型式的信息而存储有模型式的参数。另外，在模型DB103中存储输入到输入装置102的各种信息及由运算处理部104算出的操作实绩中的计算结果。
运算处理部104由CPU等运算处理装置构成，控制铸模内凝固壳厚推定装置100整体的动作。运算处理部104具有作为换算部106及传热模型计算部107的功能。换算部106及传热模型计算部107例如通过运算处理部104执行计算机程序来实现。运算处理部104通过执行换算部106用的计算机程序来作为换算部106发挥功能，通过执行传热模型计算部107用的计算机程序来作为传热模型计算部107发挥功能。需要说明的是，运算处理部104也可以具有作为换算部106及传热模型计算部107发挥功能的专用的运算装置、运算电路。
换算部106基于存储于模型DB103的模型信息和操作实绩信息，将铸模1内的钢液流速中的相对于铸模铜板11的法线成分的绝对值换算为存在于钢液5与凝固壳9之间的半凝固区域的热传导率。
传热模型计算部107基于换算部106中的计算结果和操作实绩信息及存储于模型DB103的模型信息来解三维非稳态热传导方程式，从而推定铸模铜板11及铸模1内部的温度分布、铸模除热量及铸模内凝固壳厚分布。
输出装置108将铸模内凝固壳厚推定装置100的各种处理信息向控制终端101及显示装置110输出。显示装置110将从输出装置108输出的铸模内凝固壳厚推定装置100的各种处理信息显示输出。
具有这样的结构的铸模内凝固壳厚推定装置100通过执行以下所示的铸模内凝固壳厚推定处理来推定包括铸模1的宽度方向及厚度方向在内的铸模1内的凝固壳厚分布。
〔钢液流速与半凝固区域热传导率的换算〕
为了高精度地推定铸模内凝固壳厚的三维分布的时间的变化，考虑由钢液流动的非稳态的变化引起的局部热通量的时间变化是重要的。为此，需要将与钢液流动相关的三维非稳态流动计算和与钢液5的凝固相关的三维非稳态传热计算耦合而求解。然而，上述耦合计算存在收敛性差且计算时间长这一问题点。因而，在本发明中，基于预先制作的换算式，将铸模1内的钢液流速分布换算为半凝固区域的热传导率，从而以三维非稳态传热模型单体来计算铸模内凝固壳厚的分布。半凝固区域是在钢液5的液相与凝固壳9之间扩展的凝固中途的区域。由于半凝固区域的存在，在物理计算模型内无法严格地确定凝固壳9与钢液5的界面。因而，难以将钢液5与凝固壳9的界面处的热传递直接地通过物理计算模型来处理。于是，在本发明中，不是使凝固界面的热传递系数而是使半凝固区域的热传导率具有钢液流速的依存性。
接着，对钢液流速与半凝固区域的热传导率的换算式的导出方法进行说明。与钢液流动相关的三维非稳态流动计算和与钢液5的凝固相关的三维非稳态传热计算的耦合计算是困难的，但一维非稳态流动计算和一维非稳态传热计算良好地收敛。于是，在本发明中，制作了如图2的示意图所示的包括对流项的一维非稳态传热计算模型。如图2所示，在本实施方式中，为了简单，模型的两端的计算单元视为铸模铜板11的冷却水201及钢液5，冷却水温度和钢液温度设为恒定。另外，将晶格点温度处于固相线温度TS～液相线温度TL的范围内的计算单元设为半凝固区域202，在半凝固区域202中，通过伴随于固相率的上升而使钢液流速下降，将碰撞流(喷出流)在凝固壳表面向侧方扩散的现象模型化。关于半凝固区域202中的固相率，将钢的温度是固相线温度TS的计算单元的固相率设为1，将钢的温度是液相线温度TL的计算单元的固相率设为0，使其线性变化。另一方面，已知：在半凝固区域202中，随着固相率增加而钢液流速急剧减小。因此，半凝固区域202中的钢的温度与钢液流速的关系以指数的方式给出。需要说明的是，图2中的标号203、204分别表示钢液流速及铸模除热量。然后，将以下的数学式(1)所示的包括对流项的一维非稳态热传导方程式离散化，算出了各计算单元的温度。
数学式(1)
Figure BDA0003265813000000081
在此，在数学式(1)中，ρ[kg/m3]表示密度，CP[J/(kg·K)]表示比热，k[W/(m·K)]表示热传导率，T[K]表示温度，u[m/s]表示钢液流速。
在以下的表1所示的条件下直到成为稳定状态为止计算了各计算单元的温度，将从凝固壳9的计算单元向铸模铜板11的计算单元的热通量作为铸模除热量而求出。在图3中示出钢液流速与铸模除热量的计算值的关系。如图3所示，若钢液流速增加，则铸模除热量的计算值单调增加，但若钢液流速超过0.03[m/s]，则铸模除热量饱和。可认为这是因为：在钢液流动的影响下，未形成凝固壳9。
[表1]
(表1)
Figure BDA0003265813000000091
接着，在表1所示的条件下将钢液流速设为0[m/s]，使半凝固区域的热传导率变化。在图4中表示将静止的钢液的热传导率设为了1的情况下的半凝固区域热传导率的比与铸模除热量的计算值的关系。如图4所示，若半凝固区域热传导率大，则向半凝固区域供给的显热变多，因此铸模除热量的计算值变大。然后，探索用于得到与图3的各钢液流速下的铸模除热量相等的值的图4上的半凝固区域热传导率，得到了表示如图5所示的钢液流速与半凝固区域热传导率的关系的换算式。将得到的换算式保持于图1的模型DB103，在三维非稳态传热计算中使用。需要说明的是，在此，对将钢液流速向半凝固区域中的热传导率换算的手法进行说明，但也能够换算为包括比热等的热传导参数。
〔铸模内凝固壳厚推定处理〕
图6是示出作为本发明的一实施方式的铸模内凝固壳厚推定处理的流程的流程图。图6所示的流程图在开始了浇铸的定时下开始，铸模内凝固壳厚推定处理进入步骤S1的处理。
在步骤S1的处理中，运算处理部14从控制终端101取得与钢液5及铸模1相关的计测值及分析值。在通常的连续铸造操作中，浇铸速度、与浇铸的铸片的宽度、厚度对应的铸模铜板11间的间隔的实绩信息以一定周期被收集。在本实施方式中，为了简单，设为以1sec周期收集与铸模1相关的实绩信息。另外，设为钢液5的成分及温度的实绩信息在中间包中不定期地或以一定周期被收集。另外，本实施方式中的钢液5的流速分布使用以一定周期收集钢液5的流速计测值而得到的分布，或者也可以使用例如专利文献2所记载的使用实绩信息计算三维非稳态流动计算模型而得到的流速推定值。由此，步骤S1的处理完成，铸模内凝固壳厚推定处理进入步骤S2的处理。
在步骤S2的处理中，换算部106基于在步骤S1的处理中取得的信息来判别在铸模1内是否存在半凝固区域。具体而言，换算部106基于在步骤S1的处理中取得的钢液5的温度信息来判别是否存在钢液5的温度是否处于固相线温度TS～液相线温度TL的范围内的区域，从而判别在铸模1内是否存在半凝固区域。在判别的结果是在铸模1内存在半凝固区域的情况下(步骤S2：是)，换算部106使铸模内凝固壳厚推定处理进入步骤S3的处理。另一方面，在铸模1内不存在半凝固区域的情况下(步骤S2：否)，换算部106使铸模内凝固壳厚推定处理进入步骤S4的处理。
在步骤S3的处理中，换算部106使用保存于模型DB103的钢液流速与半凝固区域热传导率的换算式，将在步骤S2的处理中检测到的半凝固区域的钢液流速换算为热传导率。由此，步骤S3的处理完成，铸模内凝固壳厚推定处理进入步骤S4的处理。
在步骤S4的处理中，传热模型计算部107使用在步骤S1及步骤S3的处理中取得的信息及模型DB103的信息来执行三维非稳态传热计算。将构筑的三维非稳态传热计算模型的一例在图7中示出。图7所示的区域R1表示铸模铜板11的区域，其内侧表示钢液5或凝固壳9的区域。在本实施方式中，铸模1的高度方向以dz＝50[mm]的相等间隔分割。另外，关于铸模1的宽度及厚度方向，仅预料凝固壳9的生长的区域R2设为2mm间隔，钢液5的中心部分在固定了网格数的状态下根据铸片的宽度及厚度而以使计算单元的间隔可变的方式分割。需要说明的是，在铸模1的高度方向的传热现象中，由以下所示的数学式(2)求出的佩克莱数Pe成为104级。
数学式(2)
Figure BDA0003265813000000111
在此，在数学式(2)中，L[m]表示铸模1的高度。佩克莱数Pe是表示热的移动中的对流与扩散的比的无量纲数，佩克莱数Pe越大，则表示在热的移动中对流的影响越强。即，与热传导的作用相比，对流项的作用有意义地大。因而，铸模1的高度方向不考虑热传导，假定为钢液5以铸造速度下降。通过该假定，能够将二维非稳态传热计算模型在高度方向上排列而再现三维非稳态传热计算模型的现象。然后，将以下所示的数学式(3)的非稳态二维热传导方程式离散化而求出了铸模1的宽度及厚度方向上的计算单元的温度。
数学式(3)
Figure BDA0003265813000000112
另外，冷却水温度Twater设为恒定，铸模铜板11与冷却水的界面处的边界条件按照了使用水的热传递系数hwater而示于以下的数学式(4)的牛顿的冷却法则。
数学式(4)
Figure BDA0003265813000000113
在图8中示出通过将数学式(3)的二维非稳态热传导方程式直到成为稳定状态为止进行计算而得到的温度与从铸模铜板11的表面起的距离的关系。液相线温度TL、固相线温度TS通过在实际操作中使用的钢种成分和温度的回归式而得到。将在钢液部分中比固相线温度TS低的计算单元视为凝固壳9，求出了凝固壳厚。另外，关于为钢液部分且比液相线温度TL高的温度的计算单元，由于未被充分搅拌，所以使得在各时间步中成为均一的温度。由此，步骤S4的处理完成，铸模内凝固壳厚推定处理进入步骤S5的处理。
在步骤S5的处理中，传热模型计算部107使用在步骤S1及步骤S4的处理中取得的信息及模型DB103的信息来计算凝固收缩量及铸模1与凝固壳9之间的综合热传递系数。在铸模1考虑凝固收缩而从上部朝向下部设置有锥度。在铸模1的上部，凝固收缩量超过锥度，因此存在于凝固壳9与铸模铜板11之间的被称作空气间隙的空气变厚。另一方面，在铸模1的下部，凝固壳生长速度逐渐变慢且凝固收缩量低于锥度，因此存在空气间隙变小的情况。由于空气间隙的热阻大且向铸模除热量、凝固壳厚的作用大，所以将凝固收缩量在模型上再现是重要的。因而，进行了凝固收缩量的算出。首先，将钢的密度的温度依存性例如如图9所示那样设定(参照非专利文献1)，将凝固壳的收缩率rshrink如数学式(5)那样定义。
数学式(5)
Figure BDA0003265813000000121
在此，在数学式(5)中，ρ0表示与刚喷出后的钢液温度对应的钢液的密度，ρ1表示与凝固壳的外表面温度对应的钢液的密度。若取对通过传热模型中的各计算单元得到的收缩率乘以各计算单元的宽度dx并在宽度方向上求和而得到的值与铸片宽度之差，则得到凝固收缩量。而且，通过从凝固收缩量减去通过以下所示的数学式(6)而求出的锥度dtaper，使用以下所示的数学式(7)而导出了各高度位置处的空气间隙dair。
数学式(6)
Figure BDA0003265813000000122
数学式(7)
dair＝(w-∑(rshrink×dx))-dtaper…(7)
在此，在数学式(6)、(7)中，C1[％·m]表示锥度率，w[m]表示铸片宽度，Δh[m]表示高度方向上的从弯液面起的距离。另外，由于在铸模铜板11与凝固壳9的界面除了空气间隙之外还存在铸模粉末7的层，所以将考虑了凝固收缩量的铸模/凝固壳间的综合热传递系数hall通过以下所示的数学式(8)而导出。
数学式(8)
hall＝Aexp(dair/d0)+B…(8)
需要说明的是，关于数学式(8)中的参数A、B、d0，优选将按照实际数据调节后的参数预先向模型DB103输入。由此，步骤S5的处理完成，铸模内凝固壳厚推定处理进入步骤S6的处理。
在步骤S6的处理中，运算处理部104将计算结果向模型DB103及输出装置108保存。由此，步骤S6的处理完成，铸模内凝固壳厚推定处理进入步骤S7的处理。
在步骤S7的处理中，运算处理部104判别浇铸是否已完成。在判别的结果是浇铸已完成的情况下(步骤S7：是)，运算处理部104结束一系列的铸模内凝固壳厚推定处理。另一方面，在浇铸未完成的情况下(步骤S7：否)，运算处理部104更新时间步之后使铸模内凝固壳厚推定处理返回步骤S1的处理。
从以上的说明明显可知，根据作为本发明的一实施方式的铸模内凝固壳厚推定方法，换算部106将铸模1内的钢液流速变换为热传导率，传热模型计算部107使用由换算部106计算出的热传导率来解三维非稳态热传导方程式，从而计算铸模1及铸模1内的钢的温度分布，由此推定铸模内凝固壳厚，因此，能够高精度地推定包括铸模1的宽度方向及厚度方向在内的铸模1内的凝固壳厚。
实施例
若以不将钢液流动分布用作输入条件的方式计算三维非稳态传热计算模型，则得到了如图10的斜线区域R3所示的在铸模的宽度方向及厚度方向上大致一样的凝固壳厚分布。相对于此，若将使用专利文献2所记载的钢液的流动状态推定方法而得到的如图11所示的铸模内的三维钢液流动分布向输入条件追加而计算三维非稳态传热计算模型，则得到了如图12的斜线区域R4所示的在铸模的宽度方向及厚度方向上存在不均的凝固壳厚分布。由此，确认了：根据本发明，能够高精度地推定包括铸模1的宽度方向及厚度方向在内的铸模1内的凝固壳厚。
以上，虽然对应用了由本发明人完成的发明的实施方式进行了说明，但本发明不由构成基于本实施方式的本发明的公开的一部分的记述及附图限定。例如，在得到与铸模铜板温度、铸模除热量相关的计测信息的情况下，通过将修正未知干扰的修正计算处理向传热模型计算并入，可进一步预料凝固壳厚分布推定精度的提高。这样，基于本实施方式而由本领域技术人员等完成的其他的实施方式、实施例及运用技术等全部包含于本发明的范畴。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供能够高精度地推定包括铸模的宽度方向及厚度方向在内的铸模内的凝固壳厚的铸模内凝固壳厚推定装置及铸模内凝固壳厚推定方法。
标号说明
1 铸模
3 浸渍喷嘴
5 钢液
7 铸模粉末
9 凝固壳
11 铸模铜板
100 铸模内凝固壳厚推定装置
101 控制终端
102 输入装置
103 模型数据库(模型DB)
104 运算处理部
106 换算部
107 传热模型计算部
108 输出装置
110 显示装置
201 冷却水
202 半凝固区域
203 钢液流速
204 铸模除热量

Claims (8)

1.一种铸模内凝固壳厚推定装置，其特征在于，具备：
输入装置，被输入连续铸造设备的中间包中的钢液的温度及成分的计测结果、在所述连续铸造设备中浇铸的铸片的宽度、厚度及浇铸速度的计测结果以及铸模内的钢液流速分布；
模型数据库，保存有与所述连续铸造设备的铸模内的钢液的凝固反应相关的模型式及参数；
换算部，将输入到所述输入装置的铸模内的钢液流速变换为热传导参数；及
传热模型计算部，通过使用所述连续铸造设备的中间包中的钢液的温度及成分的计测结果、在所述连续铸造设备中浇铸的铸片的宽度、厚度及浇铸速度的计测结果、所述模型式、所述参数以及由所述换算部计算出的热传导参数来解三维非稳态热传导方程式，从而计算铸模及铸模内的钢的温度分布，由此推定铸模内凝固壳厚。
2.根据权利要求1所述的铸模内凝固壳厚推定装置，其特征在于，
所述换算部将比钢液的固相线温度高温且比液相线温度低温的区域中的钢液流速变换为热传导参数。
3.根据权利要求1或2所述的铸模内凝固壳厚推定装置，其特征在于，
所述传热模型计算部根据铸模内的钢的温度分布来算出钢液的凝固收缩量，基于该凝固收缩量来算出铸模与凝固壳之间的综合热传递系数。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的铸模内凝固壳厚推定装置，其特征在于，
所述传热模型计算部通过将在铸模的高度方向上分割的二维非稳态传热计算模型在高度方向上排列来进行三维非稳态传热计算。
5.一种铸模内凝固壳厚推定方法，其特征在于，包括：
输入步骤，输入连续铸造设备的中间包中的钢液的温度及成分的计测结果、在所述连续铸造设备中浇铸的铸片的宽度、厚度及浇铸速度的计测结果以及铸模内的钢液流速分布；
换算步骤，将在所述输入步骤中输入的铸模内的钢液流速变换为热传导参数；
传热模型计算步骤，通过使用所述连续铸造设备的中间包中的钢液的温度及成分的计测结果、在所述连续铸造设备中浇铸的铸片的宽度、厚度及浇铸速度的计测结果、与所述连续铸造设备的铸模内的钢液的凝固反应相关的模型式及参数、在所述换算步骤中计算出的热传导参数来解三维非稳态热传导方程式，从而计算铸模及铸模内的钢的温度分布，由此推定铸模内凝固壳厚。
6.根据权利要求5所述的铸模内凝固壳厚推定方法，其特征在于，
所述换算步骤包括将比钢液的固相线温度高温且比液相线温度低温的区域中的钢液流速变换为热传导参数的步骤。
7.根据权利要求5或6所述的铸模内凝固壳厚推定方法，其特征在于，
所述传热模型计算步骤包括根据铸模内的钢的温度分布来算出钢液的凝固收缩量并基于该凝固收缩量来算出铸模与凝固壳之间的综合热传递系数的步骤。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的铸模内凝固壳厚推定方法，其特征在于，
所述传热模型计算步骤包括通过将在铸模的高度方向上分割的二维非稳态传热计算模型在高度方向上排列来进行三维非稳态传热计算的步骤。
CN202080021898.4A 2019-03-22 2020-03-03 铸模内凝固壳厚推定装置及铸模内凝固壳厚推定方法 Active CN113573826B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-054078 2019-03-22
JP2019054078 2019-03-22
PCT/JP2020/008831 WO2020195599A1 (ja) 2019-03-22 2020-03-03 鋳型内凝固シェル厚推定装置及び鋳型内凝固シェル厚推定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113573826A true CN113573826A (zh) 2021-10-29
CN113573826B CN113573826B (zh) 2023-06-13

Family

ID=72609926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080021898.4A Active CN113573826B (zh) 2019-03-22 2020-03-03 铸模内凝固壳厚推定装置及铸模内凝固壳厚推定方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11724307B2 (zh)
EP (1) EP3943213B1 (zh)
JP (1) JP6835297B1 (zh)
KR (1) KR102619305B1 (zh)
CN (1) CN113573826B (zh)
TW (1) TWI728751B (zh)
WO (1) WO2020195599A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6825760B1 (ja) * 2019-10-03 2021-02-03 Ｊｆｅスチール株式会社 鋳型内凝固シェル厚推定装置、鋳型内凝固シェル厚推定方法、及び鋼の連続鋳造方法
CN116329511B (zh) * 2023-05-29 2023-08-01 德龙钢铁有限公司 一种减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009107865A1 (ja) * 2008-02-28 2009-09-03 Ｊｆｅスチール株式会社 連続鋳造におけるブレークアウト検出方法および装置、ブレークアウト防止装置、凝固シェル厚み推定方法および装置、ならびに鋼の連続鋳造方法
JP2011079023A (ja) * 2009-10-07 2011-04-21 Jfe Steel Corp 連続鋳造における凝固シェル厚み推定方法及び装置、連続鋳造におけるブレークアウト検出方法及び装置
CN102773443A (zh) * 2012-07-26 2012-11-14 东北大学 一种钢连铸过程中二冷区传热系数的确定方法
CN104384469A (zh) * 2014-12-16 2015-03-04 东北大学 一种钢连铸结晶器内初凝坯壳厚度的预测系统及方法
CN106238695A (zh) * 2016-08-12 2016-12-21 湖南千盟物联信息技术有限公司 一种连铸过程结晶器内铸流凝固预测控制方法
CN106413942A (zh) * 2014-01-31 2017-02-15 新日铁住金株式会社 连续铸造的铸造状态的判定方法、装置以及程序

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU959908A1 (ru) 1981-04-08 1982-09-23 Ждановский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Металлургический Завод "Азовсталь" Им.С.Орджоникидзе Устройство дл измерени толщины корочки непрерывноотливаемой заготовки
SU1006049A1 (ru) 1981-06-22 1983-03-23 Вологодский Политехнический Институт Устройство дл контрол толщины корочки слитка на выходе из кристаллизатора
US7806164B2 (en) 2007-04-26 2010-10-05 Nucor Corporation Method and system for tracking and positioning continuous cast slabs
US20150343530A1 (en) 2014-05-30 2015-12-03 Elwha Llc Systems and methods for monitoring castings
JP5935837B2 (ja) 2014-07-07 2016-06-15 Ｊｆｅスチール株式会社 溶鋼の流動状態推定方法及び流動状態推定装置
JP6428424B2 (ja) * 2015-03-20 2018-11-28 新日鐵住金株式会社 連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法、装置及びプログラム、並びに連続鋳造の制御方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009107865A1 (ja) * 2008-02-28 2009-09-03 Ｊｆｅスチール株式会社 連続鋳造におけるブレークアウト検出方法および装置、ブレークアウト防止装置、凝固シェル厚み推定方法および装置、ならびに鋼の連続鋳造方法
JP2011079023A (ja) * 2009-10-07 2011-04-21 Jfe Steel Corp 連続鋳造における凝固シェル厚み推定方法及び装置、連続鋳造におけるブレークアウト検出方法及び装置
CN102773443A (zh) * 2012-07-26 2012-11-14 东北大学 一种钢连铸过程中二冷区传热系数的确定方法
CN106413942A (zh) * 2014-01-31 2017-02-15 新日铁住金株式会社 连续铸造的铸造状态的判定方法、装置以及程序
CN104384469A (zh) * 2014-12-16 2015-03-04 东北大学 一种钢连铸结晶器内初凝坯壳厚度的预测系统及方法
CN106238695A (zh) * 2016-08-12 2016-12-21 湖南千盟物联信息技术有限公司 一种连铸过程结晶器内铸流凝固预测控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曹远锋等: "小方坯连铸机结晶器的研究", 《河南冶金》 *

Also Published As

Publication number Publication date
BR112021018517A2 (pt) 2021-11-30
US11724307B2 (en) 2023-08-15
CN113573826B (zh) 2023-06-13
TW202042934A (zh) 2020-12-01
US20220152695A1 (en) 2022-05-19
TWI728751B (zh) 2021-05-21
EP3943213A4 (en) 2022-01-26
EP3943213B1 (en) 2023-12-27
EP3943213A1 (en) 2022-01-26
JP6835297B1 (ja) 2021-02-24
KR20210127242A (ko) 2021-10-21
JPWO2020195599A1 (ja) 2021-04-08
KR102619305B1 (ko) 2023-12-28
WO2020195599A1 (ja) 2020-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113573826B (zh) 铸模内凝固壳厚推定装置及铸模内凝固壳厚推定方法
KR102606935B1 (ko) 주형내 응고 셸 두께 추정 장치, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법 및 강의 연속 주조 방법
Oliveira et al. An inverse approach for the interfacial heat transfer parameters in alloys solidification
KR101896203B1 (ko) 연속 주조 주형 내의 탕면 레벨 검출 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체
TWI810482B (zh) 鑄模內凝固殼厚推定裝置、鑄模內凝固殼厚推定方法、以及鋼之連續鑄造方法
JP5747726B2 (ja) 温度推定方法および温度推定装置
RU2787109C1 (ru) Устройство для оценки толщины затвердевшей корочки в кристаллизаторе и способ оценки толщины затвердевшей корочки в кристаллизаторе
CN102228972A (zh) 用于连铸结晶器凝固传热过程的计算方法
Ranut et al. Estimation of heat flux distribution in a continuous casting mould by inverse heat transfer algorithms
Iwasaki et al. Thermal-mechanical model calibration with breakout shell measurements in continuous steel slab casting
JP2019098388A (ja) 温度推定方法および温度推定装置
JP6428418B2 (ja) 連続鋳造鋳型内の偏流検知方法及び偏流制御方法、湯面変動検知方法及び湯面変動制御方法、偏流検知装置及び湯面変動検知装置、並びにプログラム
CN102218515B (zh) 连铸结晶器内钢液凝固传热过程计算方法
JP7014203B2 (ja) 連続鋳造における鋳造鋳片のクレータエンド位置の推定方法およびその装置
JPH05123842A (ja) 連続鋳造における鋳片未凝固部分の温度予測方法
JP5861668B2 (ja) 連続鋳造鋳片の最終凝固位置推定装置および連続鋳造鋳片の製造方法
BR112021018517B1 (pt) Dispositivo para estimar a espessura da casca solidificada no molde e método para estimar a espessura da casca solidificada no molde
JP2009233703A (ja) 連続鋳造方法
TW202037425A (zh) 連續鑄造機之控制方法、連續鑄造機之控制裝置、以及鑄片之製造方法
CN113423521A (zh) 连续铸造机的控制方法、连续铸造机的控制装置及铸片的制造方法
CN114329804A (zh) 用于对铸造金属物体中的孔隙分布进行预测的方法
Saleem¹ et al. TMS2014 Annual Meeting Supplemental Proceedings TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), 2014
JP2016175107A (ja) 連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御方法、装置及びプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant