CN117421868A - 一种通过铸坯低倍校准连铸凝固传热模型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过铸坯低倍校准连铸凝固传热模型的方法。不需得知模型物性参数精确数据的前提下，无需借助射钉和测温，通过阅读铸坯低倍，判断过程坯壳厚度，从而对模型进行校准，采用轻压下连铸工艺获得铸坯，从铸坯低倍上读出连铸轻压下区域至少2个辊对应的坯壳厚度H，第N#辊对应的坯壳厚度记录为Hn，N+1#辊坯壳厚度Hn+1，从模型计算结果中寻找坯壳厚度等于H时对应的辊子凝固位置，求出前述2个或多个辊子位置的间距，比较模型计算的辊间距与实际辊间距，通过调整等效导热系数m，直至让计算的辊间距与实际辊间距最接近，然后固化等效导热系数m，此时模型视为完成校准。
Description
技术领域
本发明属于钢铁连铸坯偏析控制技术，特别涉及一种不借助射钉、测温和准确的物性参数的前提下，通过阅读铸坯低倍判断过程坯壳厚度，从而对连铸凝固传热模型进行校准的方法。
背景技术
偏析等内部质量是钢铁材料尤其是特钢质量评价的一项重要指标，内部质量不好对钢材加工制品的使用性能带来严重危害。为了改善内部质量，通常会采用连铸凝固传热模型计算后选配末端电磁搅拌、轻压下装备和调试相关工艺参数，但模型调试通常需要较长时间，有些甚至多年都没有找到合适的工艺，质量改善达不到预期效果。究其原因，调试校准的困难主要在两方面：一是现行校准的方法存在一些问题，二是很难获得准确的模型中所需的凝固潜热、比热容、导热系数等物性参数。
连铸凝固传热模型是研究轻压下和偏析改善的常用工具，建模过程总需要做一些假设，所以必须经校准后才能应用于生产实际；其计算结果的准确性除了建模策略精度外，还受到物性参数的影响。物性参数包括液相线温度、固相线温度、凝固潜热、比热容、导热系数等，这些参数中液相线温度、固相线温度行业内已经有比较成熟的回归公式，但不同钢种的凝固潜热、比热容、导热系数等物性参数很难找到现成的数据，而且也很难测量和测准。行业内有使用射钉如CN103940351A、红外测温如CN114905020A等方法对模型进行校准，但这两个方法在应用过程中都存在一些限制和困难。
射钉工作危险，操作区域高温，还存在枪械走火风险；准备工序繁杂，通常一次只检测1个位置的坯壳厚度，若要多个位置一起做，准备工作量就要成倍增加；且枪械容易故障，因安装精度或操作原因还会发生子弹打偏状况；制样过程复杂，遇到钉子偏斜试样加工就更加困难；所以射钉操作不可能频繁开展，通过射钉得到一个有效低倍数据不容易；而且同一个试样不同人判断测量结果也会有差异，总之利用射钉法得到一个有效数据不容易。
在连铸机不同辊子间采用红外测温数据校准凝固传热模型是一个比较简捷的方法，但生产中的连铸坯表面温度很高，给测温工作带来一定安全风险；铸坯表面的氧化铁皮较多且受辊子碾压和热胀冷缩剥落程度不一，给测温结果带来较大的不准确性；通常采用手持式红外测温，测温部位存在偏差的可能性影响测量结果；有时，不同测温枪同一时间同一部位的测温结果也存在明显差异，影响红外测温的准确性。
凝固传热模型的数学模型中必须用到的凝固潜热、比热容、导热系数等物性参数，很难从文献中查询得到准确的数据，自行检测需要专用设备且检测数据的准确性、再现性和重复性需要花费大量时间验证。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过铸坯低倍校准连铸凝固传热模型的方法，是一种不需得知模型物性参数精确数据的前提下，无需借助射钉和测温，通过阅读铸坯低倍，判断过程坯壳厚度，从而对模型进行校准的方法。
本发明的方法适合于方坯或矩形坯连铸凝固传热模型的相关校验。
连铸凝固传热模型(下文也称为数学模型)有很多假设条件，物性参数因钢坯的元素成分、生产工艺以及生产环境等差异而有所差别，所以数学模型在开发后需要进行校准才能用于实际生产研究。
数学模型中必须用到的凝固潜热、比热容、导热系数等物性参数，以及数学模型中的等效导热系数m，m是指连铸过程液态钢水相对于固态钢的等效导热系数，一般取4～7，可以先用已知参数的其它钢种数据替代，进行初次计算。
本申请所采用的具体技术方案：一种通过铸坯低倍校准凝固传热模型的方法，先利用通用公式得到当前钢种的液相线温度、固相线温度，将当前钢种的连铸生产工艺参数输入模型，模型中凝固潜热、比热容、导热系数以及模型中的等效导热系数m，先用已知参数的其它钢种数据替代，进行初次计算；
采用轻压下连铸工艺获得铸坯，从铸坯低倍上读出连铸轻压下区域至少2个辊对应的坯壳厚度H，第N#辊对应的坯壳厚度记录为Hn，N+1#辊坯壳厚度Hn+1，从模型计算结果中寻找坯壳厚度等于H时对应的辊子凝固位置，求出前述2个或多个辊子位置的间距，比较模型计算的辊间距与实际辊间距，如计算的辊间距小于现场辊间距，即表示这两个辊区间的冷却速度过大，需减小m值；相反，如果计算的辊间距大于现场辊间距，即表示这两个辊区间的冷却速度过小，需增大m值；增大或减小的步幅根据间距差的大小确定，每次增加或减小的幅度为0.1或0.2，通过调整等效导热系数m，直至让计算的辊间距与实际辊间距最接近，然后固化等效导热系数m，此时模型视为校准结束，模型校准后用于计算结果应用时，根据与N#辊的相对位置值计算其他辊列处的中心固相率。
优选地，当前钢种的等效导热系统m的取值范围为4～7。
优选地，依据铸坯低倍上读出的坯壳厚度，在模型计算结果上，找出相应的距离弯月面的位置，求出相邻辊间距。
优选地，在计算的辊间距与实际辊间距最接近时，按照连铸机现场辊间距即依据辊间距识别模型中各辊在模型中的相对位置把铸机轻压下区域所有辊子处的坯壳厚度、坯壳温度、钢坯中心温度及中心固相率确定，这时忽略模型计算中对应的距弯月面的距离与实际的差异，此时模型计算的温度及固相率能够直接用于当前钢种的工艺设计和分析。
本发明是一种不需得知当前钢种的凝固潜热、比热容、导热系数等物性参数精确数据的前提下，无需借助射钉和测温，通过阅读铸坯低倍，判断过程坯壳厚度，从而对模型进行校准的方法。与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本方法没有安全风险。射钉高温工作环境恶劣，还存在枪械意外走火或反弹折射伤人风险；测温,一般采用手持红外测温枪的方式，需要测温人员在连铸设备空隙和炙热的环境下进行，也有一定的安全风险。
(2)本方法方便高效。铸坯低倍完成使用正常生产试样，所以处理时间可以忽略；从铸坯低倍解读出2个辊子坯壳厚度的工作通常半个小时可以完成，模型试算3～5次基本可以完成辊间距即凝固模型的校验，每次模型计算大约半小时；总计采用3小时可以实现一个新钢种的模型校准工作。射钉需要寻找科研院所实施或自行购买枪械后实施；射钉通常需要在连铸机的不同位置进行多次，每次射钉后试样的制取判断需要花费数周甚至数月的时间。纯粹依赖模型计算，需要很准确的物性参数，不同钢种这些参数很难找到现成数据，检测需要专用设备并且周期很长，通常得到一个数据要数月时间。测温法需要红外测温枪，手持测温需要配备相关人员，固定测温需要寻找合适的位置确保各测温点与铸坯的距离角度部位都满足相近的要求，并且需要配备多支测温枪。
(3)本方法准确性好。射钉法从试样中解读坯壳厚度不同人可能会有不同的结果，同一位置不同试样的再现性误差较大。测温法，因连铸坯表面的氧化铁皮较多且受辊子碾压和热胀冷缩剥落程度不一，给测温结果带来较大差异；测温点与铸坯的距离和角度、测温点在铸坯的部位偏差等都可能影响测量结果的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例中铸坯低倍校准连铸凝固传热模型的流程图；
图2为本发明实施例中铸坯低倍读出坯壳厚度的示意图(3#辊64mm、4#辊74mm)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施例调试连铸机X钢的凝固传热模型
已知：各辊列间距等连铸机参数，低倍试样，当时的轻压下工艺，初步的凝固模型。初步的凝固模型指具有A钢完整的物性参数，并且已经校准可用A钢分析。
求解：将凝固模型校准，满足X钢的工艺分析条件。
步骤一：利用通用公式得到X钢的液相线温度、固相线温度和X钢连铸生产工艺参数输入模型，未知的X钢的凝固潜热、比热容、导热系数等物性参数以及等效导热系数m沿用A钢的；初步运行模型，得到初次结果。
步骤二：通过以往使用轻压下工艺生产的X钢铸坯低倍，通过专用方法读出以下坯壳厚度。本实施例实际轻压下采用了从2#辊至6#辊的5个辊工作；分析铸坯低倍，可以得到3#、4#辊的坯壳厚度；2#辊压下量小裂纹不明显，5#辊和6#辊所压的裂纹因靠近铸坯几何中心，与铸坯中心的疏松偏析带交错在一起，不易分辨就不必苛求。本实施例3#辊64mm，4#辊74mm，具体见下表、图2。
步骤三：依据铸坯低倍上读出的坯壳厚度，在模型计算结果上，找出相应的距离弯月面的位置，求出相邻间距。通过调整m值，比较计算间距与实际辊间距的大小。
本实施例，步骤二的初次计算m采用5.5，经比对发现计算间距1.25米小于现场辊间距1.31米；将m调整为5.4等后，再次计算和比较计算辊距和实际辊距的大小；反复计算数次，直至计算间距与实际间距接近，即视为模型校准完毕。此时，按照连铸机现场辊间距可以把铸机轻压下区域所有辊子处的坯壳厚度、坯壳温度、钢坯中心温度及中心固相率确定，这时忽略模型计算中对应的距弯月面的距离与实际的差异；模型计算的各处温度及固相率就可以用于工艺设计和分析。
本实施例的计算结果见下表。
注：上表中m取值列下面的是用模型计算坯壳厚度等于步骤二数值(3#辊64mm，4#辊74mm)时模型中距离弯月面的距离(单位：米)。最下一行是m不同取值时计算后3#辊与4#辊的辊间距。
本实施例，最终m选择5.0时，模型计算滚间距接近实际辊间距。此时，视为模型对于X钢的校准结束，依据设备辊间距1.31米，可以向上和向下一次求出各个辊子在该模型中的距月面位置，依据此位置从模型计算结果中读出中心固相率等数据用于工艺研究。本实施例中，模型显示的辊子位置与实际位置差值约0.3米。
Claims (4)
1.一种通过铸坯低倍校准凝固传热模型的方法，其特征在于：先利用通用公式得到当前钢种的液相线温度、固相线温度，将当前钢种的连铸生产工艺参数输入模型，模型中凝固潜热、比热容、导热系数以及模型中的等效导热系数m，先用已知参数的其它钢种数据替代，进行初次计算；
从铸坯低倍上读出连铸轻压下区域至少2个辊对应的坯壳厚度H，第N#辊对应的坯壳厚度记录为Hn，第N+1#辊对应的坯壳厚度记录为Hn+1，从模型计算结果中寻找坯壳厚度等于H时对应的辊子凝固位置，求出前述2个或多个辊子位置的间距，比较模型计算的辊间距与实际辊间距，如计算的辊间距小于现场辊间距，即表示这两个辊区间的冷却速度过大，需减小m值；相反，如果计算的辊间距大于现场辊间距，即表示这两个辊区间的冷却速度过小，需增大m值；增大或减小的步幅根据间距差的大小确定，每次增加或减小的幅度为0.1或0.2，通过调整等效导热系数m，直至让计算的辊间距与实际辊间距最接近，然后固化等效导热系数m，此时模型视为校准结束，模型校准后用于计算结果应用时，根据与N#辊的相对位置值计算其他辊列处的中心固相率。
2.根据权利要求1所述的通过铸坯低倍校准凝固传热模型的方法，其特征在于：等效导热系统m的取值为4～7。
3.根据权利要求1所述的通过铸坯低倍校准凝固传热模型的方法，其特征在于：依据铸坯低倍上读出的坯壳厚度，在模型计算结果上，找出相应的距离弯月面的位置，求出相邻辊间距。
4.根据权利要求1所述的通过铸坯低倍校准凝固传热模型的方法，其特征在于：在计算的辊间距与实际辊间距最接近时，按照连铸机现场辊间距即依据辊间距识别模型中各辊在模型中的相对位置把铸机轻压下区域所有辊子处的坯壳厚度、坯壳温度、钢坯中心温度及中心固相率确定，这时忽略模型计算中对应的距弯月面的距离与实际的差异，此时模型计算的温度及固相率能够直接用于当前钢种的工艺设计和分析。
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