[發明專利]一種異型坯結晶器翼梢銅板錐度的確定方法

在審

• 申請號: 201710937069.0
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107844633A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 劉珂;孫齊松;陳濤;邸全康;王勇;丁寧;孔祥濤;呂迺冰;佟倩;徐士新
• 申請（專利權）人: 首鋼集團有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;B22D11/04
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司11207
• 代理人: 王普玉

技術領域

本發明屬于煉鋼近終形連鑄技術領域，特別涉及一種異型坯翼梢銅板錐度的確定方法。

背景技術

采用異型坯代替方坯生產型鋼，可顯著減小開坯機的軋制工作量，節省軋制、加熱能耗以及人工成本。異型坯連鑄在國內外較為迅速，斷面覆蓋范圍295～1118mm×150～500mm×50～140mm較廣。

由于異型坯澆鑄斷面復雜，結晶器形狀和二冷區鑄坯支撐系統形式特殊，異型坯易產生腹板、翼梢表面縱裂、腹板中心裂紋等缺陷。

翼梢表面縱裂是異型坯連鑄生產中的主要缺陷之一。控制翼梢位置的均勻傳熱是控制該缺陷的關鍵環節，而翼梢位置處的銅板錐度設計時影響其傳熱與坯殼生長的主要因素之一。目前，尚未有異型坯翼梢錐度設計的方法報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種異型坯結晶器翼梢錐度的確定方法，解決了異型坯結晶器翼梢銅板錐度的設計依據欠缺的問題。實現了快速有效獲取不同鋼種、拉速下異型坯翼梢位置處的凝固收縮規律。

一種異型坯結晶器翼梢銅板錐度的確定方法，具體步驟及參數如下：

1、獲取異型坯斷面尺寸與結晶器銅板結構參數：異型坯連鑄機斷面尺寸范圍為295mm×205mm×85mm～430mm×300mm×85mm。

所屬異型坯結晶器類型為板式組合結晶器，由內弧銅板、外弧銅板以及兩側銅板構成，銅板厚度45～60mm。其中，內弧與外弧銅板上加工有冷卻水孔兩側銅板加工有冷卻水槽，冷卻水槽寬度3～7mm，深度15～30mm。

2、采用有限元商業軟件MSC.Marc，ANSYS等建立連鑄異型坯結晶器內鑄坯變形行為研究的2D熱-力耦合分析模型，用于分析鑄坯在結晶器內的凝固收縮行為；其計算對象包括鑄坯和結晶器銅板，二者間的界面接觸狀態和界面熱阻根據鑄坯與結晶器熱面銅板的實際位置關系進行判定與計算，根據實際結晶器一冷工藝，溫度場和應力場的計算相互耦合，交替進行，直到所模擬鑄坯出結晶器出口。

界面接觸狀態，通過鑄坯表面節點與結晶器表面間距離判斷，本模型中，鑄坯為可變形體，銅板為剛性體，為防止鑄坯表面節點穿越銅板壁面，對其施加如下約束條件：

其中，為鑄坯表面節點A的位移向量，為銅板在A點處表面的單位法向量，為向量點乘符，D為鑄坯和銅板之間的接觸容限。

界面熱阻包括銅板表面對流換熱、氣隙內熱傳導、渣膜內熱傳導、坯殼與渣膜間的界面傳熱、以及熱輻射。坯殼與鑄坯表面間界面總換熱系數h_f按照下式確定

上式中，h_rad為坯殼和銅壁間的輻射傳熱系數，按照下式確定

其中，σ_SB為Stefan－Boltzsman常數，ε為輻射系；T_b為坯殼表面溫度，T_m-in銅板熱面溫度。

R₁為銅板表面處與保護渣間的接觸熱阻

其中h_mf為銅板表面處的對流換熱系數

R₂為氣隙內的熱阻

其中K_air為氣隙內空氣的導熱系數，d_air為氣隙寬度，其值根據應力場計算結果，由變形后的坯殼形狀和當前結晶器壁面位置共同決定。

R₃為渣膜內的熱阻

其中K_flux為保護渣導熱系數，d_flux為渣膜厚度。

R₄鑄坯表面與保護渣間的接觸熱阻

其中，h_bf為坯殼表面處的換熱系數，其值取決于鑄坯表面溫度

所述結晶器一冷工藝在模型中通過結晶器銅板外表面與冷卻水進行對流換熱，其熱流可表示為

Q＝h_w·(T_M-out-T_w)

上式中，Q為銅板與結晶器冷卻水接觸面熱流密度，T_w為結晶器冷卻水溫度，T_M-out為銅板外表面溫度，h_w為銅板和冷卻水界面的對流換熱系數，按照下面的無量綱方程來確定