[發明專利]大方坯連鑄在線溫度場檢測方法及二次冷卻水控制的方法

有效

• 申請號: 200810304484.3
• 申請日: 2008-09-12
• 公開（公告）號: CN101347822A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 陳永;祭程;楊素波;朱苗勇;羅森;吳國榮;曾建華
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團研究院有限公司;攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司;攀枝花新鋼釩股份有限公司;東北大學
• 主分類號: B22D2/00
• 分類號: B22D2/00;B22D11/22
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所
• 代理人: 楊冬

技術領域

本發明涉及鋼鐵冶金領域，尤其涉及大方坯連鑄過程中通過鑄坯溫度場在線預測進行二次冷卻動態控制的方法。

背景技術

連鑄過程實際上是高溫鋼水由液態轉變為固態的凝固傳熱過程，在鑄坯的凝固傳熱過程中大多采用水作為冷卻介質，這也就說從某種意義上講，連鑄技術就是冷卻技術，即通過冷卻水將高溫鋼水凝固為鑄坯的一個凝固傳熱過程。因此鑄坯的凝固傳熱過程對于鑄坯的表面質量，內部質量起著至關重要的影響。為了有效的控制鑄坯質量和提高經濟效益，必須對鑄坯的凝固傳熱過程進行準確有效的控制，也就是對鑄坯的溫度場進行控制。但是由于連鑄生產環境高溫多濕，鑄坯表面有冷卻水形成的水膜和氧化鐵皮，周圍又有二次冷卻水汽化后形成的霧狀蒸汽，影響著鑄坯表面溫度測量的精確度，因而直接的表面溫度實時監控通常是難以實現，內部溫度場的直接測量更無法做到，所以直接采用測量溫度反饋的二次冷卻控制很難實現。

當前常用的二次冷卻控制大多采用利用凝固模型推導水量方法，即通過凝固傳熱計算推導出不同生產條件下各二次冷卻區最優水量值。凝固傳熱計算一般采用數值計算方法，即把描述傳熱問題的微分方程組或積分方程組通過數學手段改寫為計算機可用計算的代數方程組，通過適當的算法用計算機計算足夠精確的結果。數值解法利用空間和時間域內的有限個離散點溫度的跳躍式分布代替連續分布溫度場，首先將計算體用網格劃分為多個節點單元，建立各節點溫度差分方程組，確定邊界條件，用高斯-賽德爾迭代法求出各節點溫度。計算精度取決于網格密度和迭代誤差。

穩態條件下的溫度場計算方法已經發展較為成熟，但因其計算方法和計算周期決定了該方法不能應用于非穩態澆注條件下，即不能滿足現場在線應用過程中各種復雜生產條件。一般采用該方法離線推算鑄坯溫度場，進而確定二冷水表，即采用按拉速動態配水的方法進行二次冷卻控制。

在非穩態澆注過程中，拉速、鋼水溫度、鋼種成分等澆注條件均實時變化。例如異鋼種連澆過程，一般要從生產拉速降至低拉速并保持在低拉速，此時更換鋼包，更換鋼包完畢后拉速回升至生產拉速。一般的計算方法只能給出單一拉速條件下鑄坯的溫度場分布和反推出的水量設定值，不能給出這一過程中的溫度變化趨勢。而實時溫度場計算模型以“跟蹤單元”為計算對象，可以實時計算變化過程中鑄流線上每一點的溫度，并基于此給出水量設定值，實現了在線溫度反饋控制過程，是動態二次冷卻控制實現的前提條件。此外，準確的實時溫度場反饋，還是確定鑄坯應力應變分布的基礎，是準確預測動態輕壓下壓下區間和壓下量的必要條件。

采用實時溫度場反饋的二次冷卻水控制方法，可以提高產品的質量，為連鑄過程的最優控制創造了條件。在該技術領域，基于該方法的連鑄二次冷卻動態控制尚屬空白。

專利CN1410189A給出了一種基于測溫儀的鑄坯表面溫度測量方法，該方法只能給出表面溫度的測量結果。專利CN2188439Y給出的是一種連鑄坯內部溫度的在線測量裝置，該方法只能在澆鑄臨近結束時采用并且受到澆鑄尾坯過冷的影響不能真實的反映鑄坯的內部溫度。專利CN1613575A給出了二次冷卻控制裝置，提到了溫度計算的概念，但沒有明確給出實時溫度場計算方法。所以目前還沒有能夠有效進行在線溫度測量，控制二次冷卻水量的方法。

發明內容

本發明說要解決的技術問題是提供一種大方坯連鑄在線的穩態澆注和非穩態澆注條件下溫度場的檢測方法，同時根據溫度場進行二次冷卻水動態控制的方法。

本發明所采用大方坯連鑄在線溫度場檢測方法，包括以下步驟：

(1)將鑄流線上的鑄坯沿拉坯方向劃分為若干個跟蹤單元；

(2)將各跟蹤單元的相關工藝條件存儲到動態開辟的內存之中進行初始化；

(3)然后將個跟蹤單元依次串聯形成雙向鏈表，即當澆鑄開始時，等時間周期的從結晶器彎月面處產生跟蹤單元，新產生的跟蹤單元從雙向鏈表頭插入，當該跟蹤單元離開最后一個拉矯輥時將從雙向鏈表中刪除，從而建立整個鑄流線的雙向鏈表；

(4)在整個鑄坯流線的雙向鏈表的計算周期內，從雙向鏈表的頭部開始到尾部依次計算每個跟蹤單元內部節點的溫度、固相線位置、液相線位置，從而得到整個鑄流線上鑄坯的表面溫度、中心溫度、固相線位置、液相線位置、凝固終點位置，實現在線溫度場檢測。

進一步的改進，每個跟蹤單元以單位時間劃分。

按照以下公式采用有限體積方法進行數值求解得到各節點溫度：