專利名稱：確定特厚板坯連鑄機(jī)垂直段高度去除夾雜物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特厚板坯生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是一種去除特厚板坯內(nèi)部夾雜物的方法。
背景技術(shù)：
采用直弧型連鑄機(jī)生產(chǎn)特厚板坯，這些板坯供給寬厚板軋鋼機(jī)軋制成特厚鋼板。在連鑄過程中板坯內(nèi)部夾雜物會(huì)導(dǎo)致板坯內(nèi)部出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，尤其是粒徑50 μ m 100 μ m的大型夾雜物。板坯內(nèi)部的夾雜物在軋制過程中，因被拉長(zhǎng)可能導(dǎo)致軋制成材的特厚板探傷不合格。為了降低夾雜物對(duì)鑄坯質(zhì)量的損害，在設(shè)計(jì)連鑄機(jī)時(shí)，將連鑄機(jī)的結(jié)晶器及其下部的鑄坯導(dǎo)向段的一部分設(shè)計(jì)成垂直狀態(tài)，使處于結(jié)晶器及其下部的支撐導(dǎo)向段中的板坯處于垂直狀態(tài)下凝固，從結(jié)晶器內(nèi)鋼液面(在連鑄領(lǐng)域也稱為“彎月面”)至板坯開始彎曲點(diǎn)的距離被定義為垂直段高度，如

圖1所示。使得板坯可以在這個(gè)由結(jié)晶器和垂直狀態(tài)的鑄坯導(dǎo)向段形成的垂直段區(qū)域中凝固，為鋼水中大型夾雜物的上浮創(chuàng)造了條件，達(dá)到避免因鑄坯中夾雜物造成質(zhì)量缺陷的目的。從有利于夾雜物上浮角度看，垂直段的高度越高越好，但是，過高的垂直段使鋼水靜壓力增加，增加鑄坯“鼓肚”傾向，使內(nèi)裂的可能性加大，而且增加了連鑄機(jī)的造價(jià)和工程建設(shè)投資。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種確定特厚板坯連鑄機(jī)垂直段高度去除夾雜物的方法，它適用于直弧形連鑄機(jī)生產(chǎn)特厚板坯，通過確定合理的直弧型連鑄機(jī)垂直段高度并按此高度在特厚連鑄機(jī)上設(shè)置垂直段，達(dá)到減少特厚板坯內(nèi)部夾雜物，并使殘留于特厚板坯內(nèi)部夾雜物分布均勻的目的。本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括有直弧型連鑄機(jī)，直弧型連鑄機(jī)包括有垂直支撐導(dǎo)向段、弧形支撐導(dǎo)向段和水平支撐導(dǎo)向段，在垂直支撐導(dǎo)向段的入口處設(shè)置有結(jié)晶器，結(jié)晶器位置以下均為二次冷卻區(qū)，垂直支撐導(dǎo)向段垂直高度H的確定步驟如下:I)假設(shè)直弧型連鑄機(jī)生產(chǎn)連鑄坯時(shí)，液相穴內(nèi)的夾雜物含量少，忽略?shī)A雜物運(yùn)動(dòng)對(duì)鋼液流動(dòng)的影響；2)在步驟I)的假設(shè)條件下，建立直弧型連鑄機(jī)三維凝固傳熱與流動(dòng)耦合仿真計(jì)算數(shù)學(xué)模型，將二次冷卻區(qū)的水量平均分配到各部位后，依據(jù)連鑄傳熱邊界條件換算成換熱系數(shù)，利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算凝固傳熱和鑄坯內(nèi)部鋼液流場(chǎng)；3)根據(jù)步驟2)中計(jì)算得到的鑄坯內(nèi)部鋼液流場(chǎng)，考慮鑄坯凝固過程中夾雜物顆粒相與液相的相互作用，建立夾雜物顆粒在鋼液中運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，利用該數(shù)學(xué)模型，當(dāng)設(shè)定一個(gè)垂直高度H，就可以進(jìn)行仿真計(jì)算，輸出對(duì)應(yīng)情況下夾雜物的運(yùn)動(dòng)軌跡；4)校準(zhǔn)和驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型，以一臺(tái)已有的直弧型連鑄機(jī)為對(duì)象，已知該直弧型連鑄機(jī)的垂直高度H，根據(jù)步驟I)至步驟3)計(jì)算該直弧型連鑄機(jī)生產(chǎn)出的鑄坯內(nèi)部夾雜物理論分布，再獲取該直弧型連鑄機(jī)實(shí)際生產(chǎn)鑄坯的橫斷面樣，觀察并得出夾雜物分布圖譜，以實(shí)際取樣結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，通過修正數(shù)學(xué)模型的邊界條件，驗(yàn)證并校準(zhǔn)步驟3)中的雜物顆粒在鋼液中運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型；5)利用步驟4)中校準(zhǔn)后的數(shù)學(xué)模型，設(shè)定不同的垂直段高度，計(jì)算出每個(gè)垂直段高度對(duì)應(yīng)的直弧型連鑄機(jī)生產(chǎn)出的鑄坯內(nèi)部夾雜物的運(yùn)動(dòng)軌跡、上浮率以及未上浮而被鑄坯凝固殼捕獲的夾雜物顆粒分布狀況，找出鑄坯內(nèi)部夾雜物上浮率和分布狀況最佳對(duì)應(yīng)的垂直段高度。進(jìn)一步，步驟2 )中所述建立直弧型連鑄機(jī)三維凝固傳熱仿真計(jì)算數(shù)學(xué)模型的具體方法如下:能量控制方程
權(quán)利要求
1.確定特厚板坯連鑄機(jī)垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于:它包括有直弧型連鑄機(jī)，直弧型連鑄機(jī)包括有垂直支撐導(dǎo)向段、弧形支撐導(dǎo)向段和水平支撐導(dǎo)向段，在垂直支撐導(dǎo)向段的入口處設(shè)置有結(jié)晶器，結(jié)晶器位置以下均為二次冷卻區(qū)，垂直支撐導(dǎo)向段垂直高度H的確定步驟如下: 1)假設(shè)直弧型連鑄機(jī)生產(chǎn)連鑄坯時(shí)，液相穴內(nèi)的夾雜物含量少，忽略?shī)A雜物運(yùn)動(dòng)對(duì)鋼液流動(dòng)的影響； 2)在步驟I)的假設(shè)條件下，建立直弧型連鑄機(jī)三維凝固傳熱與流動(dòng)耦合仿真計(jì)算數(shù)學(xué)模型，將二次冷卻區(qū)的水量平均分配到各部位后，依據(jù)連鑄傳熱邊界條件換算成換熱系數(shù)，利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算凝固傳熱和鑄坯內(nèi)部鋼液流場(chǎng)； 3)根據(jù)步驟2)中計(jì)算得到的鑄坯內(nèi)部鋼液流場(chǎng)，考慮鑄坯凝固過程中夾雜物顆粒相與液相的相互作用，建立夾雜物顆粒在鋼液中運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，利用該數(shù)學(xué)模型，當(dāng)設(shè)定一個(gè)垂直高度H，就可以進(jìn)行仿真計(jì)算，輸出對(duì)應(yīng)情況下夾雜物的運(yùn)動(dòng)軌跡； 4)校準(zhǔn)和驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型，以一臺(tái)已有的直弧型連鑄機(jī)為對(duì)象，已知該直弧型連鑄機(jī)的垂直高度H，根據(jù)步驟I)至步驟3)計(jì)算該直弧型連鑄機(jī)生產(chǎn)出的鑄坯內(nèi)部夾雜物理論分布，再獲取該直弧型連鑄機(jī)實(shí)際生產(chǎn)鑄坯的橫斷面樣，觀察并得出夾雜物分布圖譜，以實(shí)際取樣結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，通過修正數(shù)學(xué)模型的邊界條件，驗(yàn)證并校準(zhǔn)步驟3)中的雜物顆粒在鋼液中運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型； 5)利用步驟4)中校準(zhǔn)后的數(shù)學(xué)模型，設(shè)定不同的垂直段高度，計(jì)算出每個(gè)垂直段高度對(duì)應(yīng)的直弧型連鑄機(jī)生產(chǎn)出的鑄坯內(nèi)部夾雜物的運(yùn)動(dòng)軌跡、上浮率以及未上浮而被鑄坯凝固殼捕獲的夾雜物顆粒分布狀況，找出鑄坯內(nèi)部夾雜物上浮率和分布狀況最佳對(duì)應(yīng)的垂直段高度。
2.如權(quán)利要求1所述的確定特厚板坯連鑄機(jī)垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于，步驟2)中所述建立直弧型連鑄機(jī)三維凝固傳熱仿真計(jì)算數(shù)學(xué)模型的具體方法如下: 能量控制方程
3.如權(quán)利要求2所述的確定特厚板坯連鑄機(jī)垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于，步驟2)中鑄坯內(nèi)部鋼液流場(chǎng)的函數(shù)表達(dá)示為: 流場(chǎng)控制方程: 連續(xù)性方程:
4.如權(quán)利要求3所述的確定特厚板坯連鑄機(jī)垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于，步驟3)中建立夾雜物顆粒在鋼液中運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型的函數(shù)表達(dá)示為:采用離散相模型描述夾雜物粒子的運(yùn)動(dòng)，則作用在粒子上力的平衡方程為:
5.如權(quán)利要求4所述的確定特厚板坯連鑄機(jī)垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于，步驟4)中所述修正數(shù)學(xué)模型的具體方法如下:對(duì)于鑄坯的凝固傳熱，模型采用射釘實(shí)驗(yàn)及表面溫度測(cè)試的方式進(jìn)行了驗(yàn)證，溫度偏差較大的情況下可通過調(diào)整鑄坯表面的換熱系數(shù)以使模擬情況符合實(shí)際過程；對(duì)凝固之后的夾雜物分布進(jìn)行了取樣驗(yàn)證，觀察并得出夾雜物分布圖譜，考察夾雜物在連鑄坯中心處及邊部的概率分布是否與模擬結(jié)果一致。
6.如權(quán)利要求5所述的確定特厚板坯連鑄機(jī)垂直段高度去除夾雜物的方法，其特征在于，步驟5)中夾雜物上浮率最高、分布最均勻所對(duì)應(yīng)的直弧型連鑄機(jī)垂直段高度為最佳。
全文摘要
確定特厚板坯連鑄機(jī)垂直段高度去除夾雜物的方法，涉及特厚板坯生產(chǎn)領(lǐng)域，本發(fā)明利用三維凝固傳熱流動(dòng)耦合仿真模型與夾雜物運(yùn)動(dòng)仿真模型進(jìn)行仿真計(jì)算，找出連鑄過程中鑄坯內(nèi)部夾雜物上浮率、分布狀況與垂直段高度的關(guān)系，以滿足連鑄過程中鑄坯內(nèi)部夾雜物上浮率高、分布均勻?yàn)槟繕?biāo)，準(zhǔn)確確定連鑄機(jī)的垂直段高度，并按此高度在特厚板坯連鑄機(jī)上設(shè)置垂直段，降低夾雜物對(duì)鑄坯質(zhì)量的損害，提高用特厚板坯軋制特厚板的探傷合格率。
文檔編號(hào)B22D11/00GK103192039SQ20131013583
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者毛敬華, 王水根, 沈厚發(fā), 魏瑞剛, 占賢輝, 曹建峰, 張亞東 申請(qǐng)人:中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司