本發(fā)明涉及鋼鐵冶金連鑄工藝，具體涉及一種連鑄坯殼凝固過程的模擬裝置及模擬方法。

背景技術(shù)：

1、連鑄是將高溫鋼水連續(xù)不斷地澆到一個或幾個用強制水冷帶有引錠頭的銅模結(jié)晶器內(nèi)，鋼水很快與引錠桿凝結(jié)在一起，待鋼水凝固成一定厚度的坯殼后，就從結(jié)晶器下端緩慢拉出，隨著結(jié)晶器的振動脫模，在下部引錠桿牽引力的作用下，具有一定坯殼厚度的鑄坯就會連續(xù)地從水冷結(jié)晶器內(nèi)被拉出來，在鑄機的二冷卻區(qū)繼續(xù)噴水，一邊行走一邊冷卻凝固。直到完全凝固待鑄坯完全凝固后，用火焰切割或剪切機把鑄坯切成一定尺寸的鋼坯，這種把高溫鋼水澆注成鋼坯的工藝，就叫做連鑄。

2、在鑄坯連續(xù)凝固過程中，伴隨著坯殼溫度的逐漸降低，初始剛剛凝固的坯殼溫度在1400-1500℃，經(jīng)過逐步冷卻，逐漸降低，到鑄機出口在600-800℃左右，坯殼的溫降，伴隨凝固組織的相變，隨著組織的變化，鋼鐵固態(tài)相變的一般規(guī)律如圖1，例如：[c]為0.5％的鋼，其高溫相變會經(jīng)歷l液相—l液相+δ鐵素體—a奧氏體—a奧氏體+f鐵素體—f鐵素體+p珠光體過程，坯殼組織經(jīng)歷這個相變過程中時，若連鑄過程配水量、拉速、矯直溫度等工藝控制不當(dāng)，則會產(chǎn)生橫裂紋、縱裂、角裂等各種表面缺陷。這些缺陷輕者會影響了鑄坯的收得率，重者會造成坯殼破裂，鑄機停機，從而造成巨大的損失。因此，冶金工程師和鑄機設(shè)計者通常會采用組織相變模擬的方式，來了解特定品種鋼的凝固組織相變規(guī)律，制定相應(yīng)的工藝措施，防止缺陷產(chǎn)生。

3、模擬連鑄的生產(chǎn)過程，分析不同工藝條件下的鋼種凝固組織相變，就成為品種鋼連鑄工藝研究最直接的方法。目前，模擬連鑄的生產(chǎn)過程主要有兩種方法，(1)采用數(shù)值模擬方法，計算機模擬研究連鑄坯凝固傳熱過程的相變，溫度場變化。(2)采用小型連鑄的方法，即按照品種鋼成分，進行冶煉，采用小型連鑄機，匹配合適的澆鑄工藝，包括拉速、過熱度、二冷水、結(jié)晶器振動等，澆鑄成小尺寸坯，再解剖鑄坯，分析不同區(qū)域鑄坯各處的晶粒組織，從而確定連鑄過程各段鑄坯組織，最終得出鑄坯在結(jié)晶器中的組織相變過程?，F(xiàn)有技術(shù)存在的問題：

4、(1)數(shù)值模擬存在的問題：①實際的連鑄生產(chǎn)過程受到鋼種，試驗條件，操作工藝等各種影響，其傳熱，冷卻和凝固過程復(fù)雜，很難準(zhǔn)確模擬；②精確的數(shù)值模擬，必須有合適的邊界條件，而邊界條件選擇的經(jīng)驗性比較強，技術(shù)要求高；

5、(2)小型連鑄模擬存在的問題：①小型鑄機相當(dāng)于在大型鑄機的基礎(chǔ)上，縮小一定比例，實現(xiàn)裝備小型化，其裝備復(fù)雜，規(guī)模仍然較大，只能在中試條件下實施，無法完全在實驗室內(nèi)實現(xiàn)，設(shè)備投資高，開啟時需要多人配合，操作復(fù)雜；②鑄坯解剖過程工作量大，操作復(fù)雜，耗時長，效率低；③無法適時觀察凝固過程相變，采用快速凝固法保持鑄坯在該區(qū)段的組織形貌的難度大，解剖獲得的組織的真實性有待進一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對品種鋼連鑄過程坯殼隨溫度相變，容易造成表面缺陷，同時現(xiàn)有模擬方法復(fù)雜的問題，提出了一種模擬連鑄坯殼凝固過程相變的模擬裝置和模擬方法，該模擬裝置和方法針對特定鋼種，采用坯殼過程嚴(yán)格控溫和控制冷卻速度的方法，可以實現(xiàn)坯殼凝固組織相變的精確模擬，有效的解決了現(xiàn)有條件下坯殼相變模擬準(zhǔn)確性差和工藝復(fù)雜的問題。

2、本發(fā)明提供一種連鑄坯殼凝固過程的模擬裝置，所述模擬裝置包括耐火材料桶、鋼種鑄坯、冷卻組件、可移動加熱組件以及溫度感應(yīng)組件，所述鋼種鑄坯嵌置于所述耐火材料桶內(nèi)，所述冷卻組件設(shè)置于所述耐火材料桶的桶口處，所述冷卻組件用于對所述鋼種鑄坯的外端進行冷卻且冷卻速度可調(diào)，所述可移動加熱組件用于移動加熱所述鋼種鑄坯的不同位置，所述溫度感應(yīng)組件用于探測所述鋼種鑄坯不同位置處的溫度。

3、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述鋼種鑄坯的外徑與所述耐火材料桶的內(nèi)徑相同，且所述鋼種鑄坯的外端面與所述耐火材料桶的桶口齊平。

4、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述鋼種鑄坯與所述耐火材料桶的形狀均為圓柱形。

5、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述冷卻組件包括冷卻塊、形成于所述冷卻塊內(nèi)部的水流通道以及供水組件，所述冷卻塊緊貼于所述耐火材料桶的桶口設(shè)置并與所述鋼種鑄坯的外端面直接接觸，所述供水組件用于調(diào)控所述冷卻塊內(nèi)部冷卻水的水量和流速。

6、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述冷卻塊的材質(zhì)為銅。

7、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述可移動加熱組件包括感應(yīng)加熱線圈和位移機構(gòu)，所述感應(yīng)加熱線圈套設(shè)于所述耐火材料桶上，所述位移機構(gòu)用于沿所述鋼種鑄坯的長度方向移動所述感應(yīng)加熱線圈。

8、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述感應(yīng)加熱線圈的高度為所述鋼種鑄坯的長度的1/8-1/7。

9、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述溫度感應(yīng)組件包括多個感溫?zé)犭娕迹鄠€所述感溫?zé)犭娕荚O(shè)置于所述耐火材料桶內(nèi)壁上并沿其長度方向間隔布置。

10、本發(fā)明還提供一種連鑄坯殼凝固過程的模擬方法，使用所述的連鑄坯殼凝固過程的模擬系統(tǒng)，所述模擬方法包括：

11、步驟1：將鋼種鑄坯放置于帶有溫度感應(yīng)組件的耐火材料桶內(nèi)，采用冷卻組件封閉耐火材料桶的桶口，并將可移動加熱組件移動至桶口附近；

12、步驟2：通過可移動加熱組件的感應(yīng)加熱線圈使耐火材料桶內(nèi)部的鋼種鑄坯金屬內(nèi)部組織完全奧氏體化，保持感應(yīng)加熱功率不變，確保該區(qū)域的設(shè)定加熱溫度與溫度感應(yīng)組件所探測的溫度一致，然后以設(shè)定的移動速度緩慢移動感應(yīng)加熱線圈至耐火材料桶的遠(yuǎn)端，直至鋼種鑄坯全段完成金屬內(nèi)部組織完全奧氏體化；

13、步驟3：當(dāng)桶口附近的鋼種鑄坯溫度達到設(shè)定加熱溫度時，啟動冷卻組件進行傳熱冷卻，使整個鋼種鑄坯單向傳熱逐漸冷卻，直至降至常溫，使鋼種鑄坯冷卻條件與實際連鑄坯殼相似從而模擬連鑄坯殼二冷區(qū)的凝固組織。

14、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，步驟1中，將感應(yīng)加熱線圈移動至靠近桶口一側(cè)5mm-10mm處。

15、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，步驟2中，所述可移動加熱組件的設(shè)定加熱溫度為1400℃，所述移動速度為10-50mm/min。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：

17、(1)通過溫度感應(yīng)組件實時監(jiān)控鋼種鑄坯不同位置的溫度，確保加熱和冷卻過程中的溫度控制精度，可以精確模擬坯殼在不同溫度下的相變過程。冷卻組件可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)冷卻速度，以模擬實際連鑄過程中的冷卻條件，有助于研究不同冷卻速度對坯殼質(zhì)量的影響。

18、(2)與現(xiàn)有的小型連鑄模擬方法相比，本發(fā)明采用的模擬裝置更為簡單，體積更小，無需大型設(shè)備支持，可以在實驗室環(huán)境下完成模擬實驗，降低了設(shè)備投資成本。裝置易于操作，不需要多人配合，減少了人力成本，簡化了實驗過程，減少了實驗所需的時間和資源消耗，提高了實驗效率。

19、(3)銅冷卻塊作為強制冷卻壁，接觸換熱，通過水量調(diào)節(jié)來調(diào)整換熱強度，鋼試樣裝在耐火材料桶中，使其在其它方向處于絕熱的狀態(tài)，與銅冷卻塊接觸一端則形成了一個單向凝固狀態(tài)。鋼試樣的冷卻過程在感溫?zé)犭娕嫉倪m時監(jiān)控和水量控制冷卻速度的條件下得到準(zhǔn)確控制，可以實現(xiàn)坯殼凝固組織相變的精確模擬，有效的解決了坯殼相變模擬準(zhǔn)確性差和工藝復(fù)雜的問題。

20、(4)通過位移機構(gòu)沿鋼種鑄坯長度方向移動感應(yīng)加熱線圈，可以對坯殼的不同部位進行針對性加熱，增強了模擬裝置的靈活性?？梢愿鶕?jù)實驗需要調(diào)整冷卻速度，以適應(yīng)不同鋼種和工藝條件。

21、(5)模擬裝置能夠較為真實地模擬實際連鑄過程中的坯殼凝固過程，有助于冶金工程師和鑄機設(shè)計者更好地理解坯殼缺陷產(chǎn)生的原因，從而制定相應(yīng)的工藝措施來預(yù)防這些缺陷。

22、(6)通過精確模擬坯殼的凝固組織相變過程，可以有效地減少坯殼在實際生產(chǎn)中的表面缺陷，提高鑄坯的收得率，減少停機時間和生產(chǎn)損失。