CN113705006A - 一种薄板坯连铸机窄面铜板磨损预测的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄板坯连铸机窄面铜板磨损预测的方法，属于钢铁生产领域，包括以下步骤：(1)磨损量计算公式的确定；(2)摩擦系数μ确定；(3)铜板承受压力值Pt的获取；(4)铜板磨损模型的建立；(5)铜板磨损模型的修正。本发明建立的铜板磨损模型，可以预测不同条件下窄面铜板的磨损量。

Description

一种薄板坯连铸机窄面铜板磨损预测的方法
技术领域
本发明涉及一种预测模型建立方法，特别是一种适用于薄板坯连铸机窄面铜板磨损的预测方法。
背景技术
薄板坯连铸连轧是20世纪80年代末开发成功的生产热轧板卷的一种全新的短流程工艺，其连铸设计拉速可达6.5m/min，单位时间内通钢量≥5.5t。结晶器是连铸机的“心脏”，铜板又是结晶器的核心，铜板形式、尺寸、锥度对铸坯质量有着根本性影响。薄板坯采用“漏斗”形结晶器，窄面铜板竖直方向都为平直布置，使用过程中因窄面锥度的影响，铜板局部位置承受压力不均，导致高度方向不同位置磨损量存在差异，最大差异量达0.6-1.0mm。随着磨损量增加，坯壳支撑力减弱，铸坯产生裂纹。常规板坯因拉速低，裂纹敏感性相对较弱，铜板磨损差异对铸坯质量影响不是很明显。但薄板坯因其拉速高、铸坯温度高，铸坯本身裂纹敏感性较常规板坯就高的多，而窄面铜板磨损量的差异对铸坯裂纹的影响就更为突出。
因此，如何预测不同条件下窄面铜板的磨损量，根据铸坯受力情况的变化，对窄面铜板形式进行优化设计，意义重大。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种薄板坯连铸机窄面铜板磨损预测的方法，通过建立窄面铜板使用过程的磨损模型，预测不同条件下窄面铜板的磨损量，根据磨损量差异分布不同时机的坯壳受力情况，以此评估铸坯受力对铸坯质量的影响。并继而根据铸坯受力情况的变化，对窄面铜板形式进行优化设计，为铜板设计提供理论依据。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种薄板坯连铸机窄面铜板磨损预测的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)磨损量计算公式的确定：
W0＝a*μ*Pt
Wn＝Wn-1+ΔW
(2)摩擦系数μ确定
当Pt≤σslag时，摩擦系数μ取μ1，当Pt＞σslag时，摩擦系数μ取μ(y)；
(3)铜板承受压力值Pt的获取
Figure BDA0003236436010000021
(4)铜板磨损模型的建立
将具体参数代入计算公式，利用matlab进行数据循环迭代计算，可得出铜板磨损模型；
(5)铜板磨损模型的修正
测量窄面铜板实际磨损量，与步骤(4)模型得出铜板磨损情况进行对比，对偏差进行修正，确定修正常数a和修正系数b，得到修正后的磨损模型。
进一步的，所述步骤(3)中的F杨氏模量，坯壳厚度方向某一位置处F杨氏模量计算方法为：
F(x)＝971-2.33T(x)+0.0016T(x)2-0.000000518T(x)3
进一步的，所述步骤(3)中的坯壳压缩量变化ΔS计算方法为：
ΔS＝Wn+S+SS
S＝ΔSa+Ta
Figure BDA0003236436010000031
进一步的，所述SC为平均收缩率，计算公式如下：
Figure BDA0003236436010000032
其中，n和k为：
Figure BDA0003236436010000033
Figure BDA0003236436010000034
与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：
1、本发明利用铜板磨损模型，预测不同工艺条件下铜板的磨损变化，优化结晶器窄面铜板形状，确保薄板坯窄面铜板使用过程中，保证铸坯有足够的支撑力；
2、本发明模型还可以分析不同工艺参数对磨损的影响，对工艺参数进行优化，减小磨损，延长使用寿命。
附图说明
图1是铜板摩擦系数变化趋势图。
图2是坯壳厚度方向受力示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明为一种薄板坯连铸机窄面铜板磨损预测的方法，通过铜板受力分析、保护渣摩擦等，建立结晶器窄面铜板磨损模型。并对铜板实际磨损情况进行测量，优化修正预测模型。获得准确的薄板坯窄面铜板预测模型，为使用过程中，铸坯受力分析提供支撑。
具体方法如下：
(1)磨损量计算公式的确定
窄面铜板在使用过程中，主要受铸坯的摩擦产生磨损。
铜板磨损主要与铜板压力、铜板与保护渣间摩擦系数相关。
以每炉磨损量为单元进行计算：
W0＝a*μ*Pt
Wn＝Wn-1+ΔW
式中：W0起始磨损量，Wnn炉后的磨损量，ΔW每炉新增磨损量，a修正常数，μ摩擦系数，Pt铜板承受压力。
(2)摩擦系数确定
因铜板表面温度低(300℃)，认为与铜板接触的保护渣呈晶体状态。
沿浇注方向，随着铜板承受压力的增加，该晶体承受压力超过其断裂强度，晶体发生破碎，滑动摩擦变为滚动摩擦(局部)，摩擦系数降低。
图1为铜板摩擦系数变化趋势，μ为某一位置摩擦系数，与Pt铜板压力、σslag渣膜断裂强度有关。
当Pt≤σslag时，摩擦系数μ取μ1，为定值。
当Pt＞σslag时，取μ(y)＝-0.01y2+0.19y+3.2。y指距铜板上沿的距离。
(3)铜板承受压力值的获取
坯壳在结晶器内产生弹性和塑性两种变形，竖直方向某一位置铜板承受压力Pt：
Figure BDA0003236436010000051
式中：F杨氏模量，ΔS坯壳压缩量变化，Pt’上一位置铜板压力，α弹性变形率，h坯壳厚度，b修正系数。所述的α弹性变形率与断面宽度相关。
所述的坯壳厚度方向某一位置处F杨氏模量计算方法为：
F(x)＝971-2.33T(x)+0.0016T(x)2-0.000000518T(x)3
式中：T(x)坯壳厚度x处温度计算方法为：
Figure BDA0003236436010000052
式中：T(x)坯壳厚度x处温度，T(h)中心糊状区温度，T(0)铸坯表面温度，h为坯壳厚度，x为铸坯表面0处到糊状区h处某一位置的距离。
定义SC(x)为坯壳厚度方向某一位置处收缩率，SC为平均收缩率，则在坯壳厚度方向0→h有：
Figure BDA0003236436010000053
式中：dx为0→h范围内变量x的微分。
可求出，不同温度、坯壳厚度下的平均坯壳收缩率。
推导出平均收缩率SC公式如下：
Figure BDA0003236436010000061
式中：h为坯壳厚度，P0钢液密度。
其中，n和k为：
Figure BDA0003236436010000062
Figure BDA0003236436010000063
式中：C钢水碳含量。
平均收缩量：
Figure BDA0003236436010000064
式中：L为铸坯宽度。
则坯壳压缩量变化△S为：
ΔS＝Wn+S+SS
S＝ΔSa+Ta
式中：Wn为铜板磨损量，S结晶器竖直方向线长变化量，△Sa线长变化量，跟结晶器形状有关；Ta锥度变化，SS为坯壳收缩量。
(4)铜板磨损模型的建立
根据所述的计算公式，带入表面坯壳温度、坯壳厚度、锥度、结晶器漏斗区线长等具体参数，利用matlab进行数据循环迭代计算，可得出铜板磨损模型。
(5)铜板磨损模型的修正
测量窄面铜板实际磨损量，与步骤(4)模型得出铜板磨损情况进行对比，对偏差进行修正，确定修正常数a和修正系数b，得到修正后的磨损模型。
所述的铜板磨损模型建立后可以实现以下功能：
1、铜板磨损预测
将不同工艺参数，包括锥度、不同拉速下铸坯温度、断面宽度(弹性变形率)带入修正后的磨损模型，可得出不同工艺参数对铜板磨损的影响。
2、坯壳受力分析
坯壳厚度方向受力如图2所示。
(1)坯壳受力Fs的获得
分析铜板使用前后，铸坯受力差异，可分析坯壳受力Fs对铸坯质量的影响。
Fs＝σ+Pt
式中：Fs坯壳受力，σ坯壳凝固收缩应力，Pt铜板给坯壳的压应力。
其中，坯壳收缩应力计算公式为：
σ＝SS*F
式中：SS坯壳收缩量，F为等效杨氏模量。
F＝971-2.33T(m)+0.0016T(m)2-0.000000518T(m)3
其中，T(m)为等效温度：
Figure BDA0003236436010000071
Figure BDA0003236436010000081
综上，可以获得坯壳受力Fs。
(2)坯壳断裂强度σlim的获得
初凝坯壳的断裂强度σlim，可用拟合公式表示为：
Figure BDA0003236436010000082
式中，T(0)为坯壳表面温度。
(3)坯壳受力分析
分析对比坯壳受力Fs与坯壳断裂强度σlim，若坯壳受力大于其断裂强度，则铸坯易出现裂纹。
需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种薄板坯连铸机窄面铜板磨损预测的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)磨损量计算公式的确定：
W0＝a*μ*Pt
Wn＝Wn-1+ΔW
(2)摩擦系数μ确定
当Pt≤σslag时，摩擦系数μ取μl，当Pt＞σslag时，摩擦系数μ取μ(y)；
(3)铜板承受压力值Pt的获取
Figure FDA0003236436000000011
(4)铜板磨损模型的建立
将具体参数代入计算公式，利用matlab进行数据循环迭代计算，可得出铜板磨损模型；
(5)铜板磨损模型的修正
测量窄面铜板实际磨损量，与步骤(4)模型得出铜板磨损情况进行对比，对偏差进行修正，确定修正常数a和修正系数b，得到修正后的磨损模型。
2.根据权利要求1所述的薄板坯连铸机窄面铜板磨损预测的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的F杨氏模量，坯壳厚度方向某一位置处F杨氏模量计算方法为：
F(x)＝971-2.33T(x)+0.0016T(x)2-0.000000518T(x)3
3.根据权利要求1所述的薄板坯连铸机窄面铜板磨损预测的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的坯壳压缩量变化ΔS计算方法为：
ΔS＝Wn+S+SS
S＝ΔSa+Ta
Figure FDA0003236436000000021
4.根据权利要求3所述的薄板坯连铸机窄面铜板磨损预测的方法，其特征在于：所述SC为平均收缩率，计算公式如下：
Figure FDA0003236436000000022
其中，n和k为：
Figure FDA0003236436000000023
Figure FDA0003236436000000024
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