[發明專利]加壓凝固過程鑄錠和鑄型界面換熱系數的確定方法及系統

在審

• 申請號: 202010945671.0
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN111855739A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 李花兵;朱紅春;何志禹;馮浩;姜周華;張樹才
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G06F30/20
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 王月松

本發明涉及一種加壓凝固過程鑄錠和鑄型界面換熱系數的確定方法及系統。所述方法包括獲取加壓凝固過程鑄型的溫度數據、鑄錠的溫度數據、鑄錠表面位移和鑄型內壁位移；根據所述鑄型的溫度數據以及鑄錠的溫度數據確定鑄錠表面溫度、鑄型內表面溫度以及界面總換熱系數；根據所述鑄錠表面溫度、鑄型內表面溫度以及所述界面總換熱系數確定所述鑄型和鑄錠間氣隙的平均尺寸；根據所述鑄錠表面位移和所述鑄型內壁位移確定所述鑄型和鑄錠間固相收縮引起的氣隙尺寸；進而再分別確定各傳熱系數的占比。本發明能夠準確可靠地同時測量加壓凝固過程中鑄錠和鑄型位移和溫度的變化，從而探討不同壓力下鑄錠和鑄型界面傳熱方式的差異。

技術領域

本發明涉及鋼鐵冶金領域，特別是涉及一種加壓凝固過程鑄錠和鑄型界面換熱系數的確定方法及系統。

背景技術

作為具有巨大發展前景的鋼鐵冶金技術，加壓冶金已經逐步實現了工業化生產，在高氮鋼制備方面，其優越性尤為突出，如加壓感應爐、加壓電渣爐等；壓力作為加壓冶金的關鍵工藝參數之一，通過改變凝固動力學和熱力學行為，對鑄錠凝固過程產生十分重要的影響。如：改變凝固模式、增加氣體或易揮發元素的溶解度、影響形核驅動力、改變擴散系數、加快凝固速率、細化凝固組織、抑制氣孔以及疏松等；研究表明，僅僅數兆帕的壓力就能十分顯著地加快鑄錠和鑄型界面傳熱，加速鑄錠凝固，很大程度上影響著整個凝固過程，然而加壓影響鑄錠和鑄型界面傳熱的機理尚不明確，因此亟需一種準確可靠的加壓影響鑄錠和鑄型界面傳熱方式的分析方法，用于進一步闡明加壓在加速凝固強化冷卻方面的影響機理。

目前，對于鑄錠和鑄型界面傳熱的分析方法主要分為兩種：(1)通過測量凝固過程中鑄錠或者鑄型溫度變化曲線，以此為輸入量，利用傳熱原理，反算出界面換熱系數，如專利CN102507636A公開了一種測定鋼的快速冷卻過程界面換熱系數的方法，專利CN201520869372.2公開一種加壓條件界面換熱系數的測量方法等，此種方法反算出的界面換熱系數為鑄錠和鑄型界面總換熱系數，能夠較準確地定量表征加壓強化冷卻程度，但無法分析界面傳導傳熱、輻射傳熱等傳熱方式在界面傳熱中的貢獻以及各自占總換熱系數的比例關系，難以闡明加壓強化冷卻機理；(2)通過測量鑄型和鑄錠界面氣隙尺寸的變化，根據界面傳熱機理，獲得界面換熱系數，如專利CN104001876公開了在線測量鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度和界面換熱系數的方法等；由于鋼液溫度高，與位移傳感器形成巨大溫差，導致位移傳感器探頭附近鋼液瞬間凝固，所測氣隙寬度均由固態收縮所致，無法反映出鑄錠與鑄型界面由于鑄錠自重或者凝固壓力形成的固固接觸或微氣隙情況，致使獲得的界面換熱系數與實際情況存在較大偏差，此外，此種方法未獲得鑄型內表面和鑄錠表面溫度，無法計算輻射傳熱速率，因此，此種方法幾乎無法全面準確地反映出界面傳熱方式的變化規律。

綜上所述，加壓強化冷卻效果明顯，對凝固過程具有非常重要的影響，致使闡明其強化冷卻機理尤為重要；目前分析鑄錠和鑄型界面傳熱方法存在諸多局限性，難以深入透徹地闡明加強化冷卻機理，因而亟需一種準確性高可靠性好的分析加壓影響鑄型和鑄錠界面傳熱方式的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種加壓凝固過程鑄錠和鑄型界面換熱系數的確定方法及系統，能夠準確可靠地同時測量加壓凝固過程中鑄錠和鑄型位移和溫度的變化，從而探討不同壓力下鑄錠和鑄型界面傳熱方式的差異。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種加壓凝固過程鑄錠和鑄型界面換熱系數的確定方法，包括：

獲取加壓凝固過程鑄型的溫度數據、鑄錠的溫度數據、鑄錠表面位移和鑄型內壁位移；

根據所述鑄型的溫度數據以及鑄錠的溫度數據確定鑄錠表面溫度、鑄型內表面溫度以及界面總換熱系數；

根據所述鑄錠表面溫度、鑄型內表面溫度以及所述界面總換熱系數確定所述鑄型和鑄錠間氣隙的平均尺寸；

根據所述鑄錠表面位移和所述鑄型內壁位移確定所述鑄型和鑄錠間固相收縮引起的氣隙尺寸；