專利名稱：板坯連鑄結(jié)晶器熱流密度的確定方法
板坯連鑄結(jié)晶器熱流密度的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
連鑄坯的表面質(zhì)量主要取決于結(jié)晶器內(nèi)初生凝固坯殼的均勻性、彎月面的傳熱強(qiáng) 度和熱流均勻性?？刂瞥跏寄膛鳉さ男纬?，關(guān)鍵在于形成合適的坯殼強(qiáng)度和厚度，而初始 凝固的傳熱特性和坯殼受力情況是其兩大決定因素。了解和控制初始凝固坯殼的傳熱特 性，并且提出相關(guān)控制技術(shù)，可以獲得較好的表面質(zhì)量。因此，連鑄結(jié)晶器熱流密度的大小 是連鑄研究工作的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
背景技術(shù)：
結(jié)晶器被稱為連鑄過程的“心臟”，對(duì)鑄坯質(zhì)量產(chǎn)生決定性的影響。正確的掌握結(jié) 晶器內(nèi)的傳熱邊界條件對(duì)于改善結(jié)晶器銅板的工作條件，更好的實(shí)現(xiàn)漏鋼預(yù)報(bào)，以及更復(fù) 雜的鑄坯表面質(zhì)量診斷和預(yù)測(cè)工作都有極其重要的作用。采用數(shù)值模擬的方法計(jì)算結(jié)晶器 內(nèi)的傳熱過程既可以了解到各種工況條件對(duì)傳熱產(chǎn)生的影響，而且還可以顯著的減少用于 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的成本。但是，數(shù)值模擬的方法需要準(zhǔn)確的傳熱邊界條件才能得到可靠的結(jié)果。目 前很多研究者在進(jìn)行結(jié)晶器熱分析計(jì)算時(shí)，直接采用Samarasekra等在測(cè)定靜止水冷結(jié)晶 器內(nèi)熱流與鋼液停留時(shí)間關(guān)系的基礎(chǔ)上得到的鑄坯與結(jié)晶器界面間局部熱流密度的計(jì)算 公式作為熱面的邊界條件進(jìn)行計(jì)算，這無疑和實(shí)際生產(chǎn)過程產(chǎn)生了很大的誤差。實(shí)際生產(chǎn) 中，凝固坯殼與結(jié)晶器之間保護(hù)渣的流入，形成固態(tài)和液態(tài)渣膜，渣膜的存在狀態(tài)、導(dǎo)熱系 數(shù)等都極大地影響著整個(gè)過程熱量的傳遞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)保護(hù)渣動(dòng)量與質(zhì)量守恒，以及結(jié)晶器內(nèi)穩(wěn)態(tài)傳熱過程，計(jì)算保護(hù)渣渣 膜厚度，從而得到結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程的熱流密度作為邊界條件，建立結(jié)晶器三維傳熱計(jì)算 模型，計(jì)算結(jié)晶器溫度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了考慮渣膜參與傳熱的結(jié)晶器穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)學(xué)模擬。
具體實(shí)施例方式1.渣膜厚度計(jì)算模型在鋼水自由液面所添加的保護(hù)渣溶化并且在凝固坯殼和結(jié)晶器內(nèi)壁之間流動(dòng)，在 液態(tài)情況下，充當(dāng)凝固坯殼和結(jié)晶器內(nèi)壁之間的潤(rùn)滑劑?？拷Y(jié)晶器內(nèi)壁的保護(hù)渣冷卻非 常快，形成了很薄的玻璃態(tài)渣層，如果在結(jié)晶器內(nèi)停留時(shí)間足夠長(zhǎng)的話可以成為結(jié)晶態(tài)。相 對(duì)來說可以被稱之為固態(tài)的保護(hù)渣渣膜通常是緊貼結(jié)晶器內(nèi)壁的，但偶爾也會(huì)以小于拉速 的速度Vs。lid(m/min)間歇性的被拉下。這類渣層的結(jié)構(gòu)取決于它的冷卻效率，可以是玻璃 態(tài)的也可以是結(jié)晶態(tài)的或者兩者結(jié)合的。本文為研究問題方便假設(shè)渣膜全為固態(tài)。 _6] Vsolid = fv. Vc(I)式中V。為拉速(m/s) ;fv為固態(tài)渣速度比只要凝固坯殼表面溫度在保護(hù)渣結(jié)晶器溫度以上，就會(huì)有液態(tài)渣隨著鋼液被拉 下，從而造成保護(hù)渣的大量消耗，液態(tài)渣運(yùn)動(dòng)的速度靠近固態(tài)渣一面速度小，靠近凝固坯殼一面速度大，其平均速度歹/一為。 式中μ s為液態(tài)保護(hù)渣與凝固坯殼界面間的保護(hù)渣黏度(Poise) ； P &8為保護(hù)渣 密度(Kg/m3) ； Pstral為鋼液密度(Kg/m3) ；dli(luid為液態(tài)渣膜的厚度(m) ;n為與溫度有關(guān)的 保護(hù)渣黏度的指數(shù)。同時(shí)，還有一些保護(hù)渣會(huì)由于振痕以及鑄坯表面缺陷而以拉坯速度流下。所有保 護(hù)渣的消耗量都是和自由液面補(bǔ)給的保護(hù)渣量(Qslag(Kg/m2))平衡的。質(zhì)量守恒關(guān)系式如 下 式中Qslag為保護(hù)漁的消耗量(Kg/m2) ；ds。lid為固態(tài)渣膜的厚度(m) ；dosc為等量的 振痕深度(m)。其中
，MslagS每噸鋼所消耗的保護(hù)渣的量(Kg/ ton) ；W為板坯寬度(m) ；N為板坯厚度(m)。
Lmark 為實(shí)際振痕寬度(m) ;dmark 為實(shí)際振痕深度(m) ；Lpitch
L pitch
為拉速與振頻之比。結(jié)晶器內(nèi)熱量由鋼液傳給冷卻水分為五個(gè)過程，分別為鋼水對(duì)初生坯殼的傳熱， 凝固坯殼內(nèi)的傳熱，凝固坯殼向結(jié)晶器銅板傳熱，銅板內(nèi)部傳熱以及結(jié)晶器銅板對(duì)冷卻水 的傳熱。穩(wěn)態(tài)過程中，各個(gè)過程之間所傳遞的熱量是相等的。即液態(tài)渣向冷卻水傳遞的熱 量與凝固坯殼表面向冷卻水傳遞的熱量是相等的 其中， 式中TS為凝固坯殼表面溫度⑷；Twate為冷卻水的溫度⑷；Tfs()1為保護(hù)漁的結(jié) 晶溫度⑷；r。。nta。t為接觸熱阻(m2 · Κ/ff) ；ksolid為固態(tài)渣膜的導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m · K)) ；Kliquid 為液態(tài)渣膜的導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m · K)) ;kffl0ld為銅板的導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m · K)) ;hw為冷卻水的換 熱系數(shù)(W/(m2 · K)) ；hrad為輻射換熱系數(shù)(W/(m2 · K)) ;m為保護(hù)渣的折射率；ε slag為保護(hù)渣的發(fā)射率；ε steel為鋼的發(fā)射率；a為保護(hù)渣的吸收因子OiT1)。結(jié)晶器上部保護(hù)渣與結(jié)晶器內(nèi)壁之間接觸緊密，接觸熱阻取為0. 0002，下部分接 觸熱阻取為0.0004。由于鎳層的存在會(huì)減小接觸熱阻，根據(jù)Jungwook CHO研究可確定有鎳 層部分的接觸熱阻值。2.結(jié)晶器傳熱模型的建立和邊界條件的確定 由于結(jié)晶器銅板、連鑄坯及冷卻水之間的傳熱非常復(fù)雜，因此，在建立數(shù)學(xué)模型 時(shí)，需要做如下假設(shè)(1)銅板導(dǎo)熱系數(shù)為各向同性，密度和比熱容視為常數(shù)；(2)結(jié)晶器銅板、冷卻水及鑄坯之間的傳熱為穩(wěn)態(tài)；(3)忽略結(jié)晶器水縫冷卻水的核態(tài)沸騰；(4)結(jié)晶器內(nèi)傳熱具有對(duì)稱性，以四分之一結(jié)晶器為研究對(duì)象。(5)冷卻水槽與銅板交界處之間的傳熱系數(shù)在整個(gè)結(jié)晶器高度方向上保持恒定， 冷卻水溫度從水槽入口至出口的溫度保持線性變化形式，在結(jié)晶器同一高度上冷卻水溫處 處相等。針對(duì)結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)特征，考慮模型的對(duì)稱性，根據(jù)上述假設(shè)條件，結(jié)晶器內(nèi)的傳熱 微分方程為
求解的邊界條件確定為結(jié)晶器頂面與底面，-、_7 = 0;結(jié)晶器與冷卻水的
OZ
界面， ；結(jié)晶器銅板寬面熱面，
-義1 = ;結(jié)晶器銅板窄面熱面，-義！ = ^其中，q本文計(jì)算基于實(shí)測(cè)的鑄坯表面溫度， Sydx
其確定方法如下根據(jù)連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所采集到的大量鑄坯表面溫度數(shù)據(jù)，代入(6)式中得到相應(yīng)位 置的熱流密度，將其作為對(duì)應(yīng)高度處的邊界熱流，然后多項(xiàng)式回歸得出整個(gè)結(jié)晶器高度方 向上的熱流邊界條件，從而計(jì)算得到結(jié)晶器銅板的溫度分布，再與實(shí)測(cè)的熱電偶測(cè)點(diǎn)溫度 比較，從而驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。
權(quán)利要求
一種連鑄結(jié)晶器熱流密度的確定方法，其特征在于得出基于實(shí)際操作條件的熱流密度和保護(hù)渣渣膜厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器熱流密度確定方法，其特征在于所述熱流密度可由現(xiàn) 場(chǎng)熱電偶實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。
全文摘要
連鑄坯的表面質(zhì)量主要取決于結(jié)晶器內(nèi)初生凝固坯殼的均勻性、彎月面的傳熱強(qiáng)度和熱流均勻性?？刂瞥跏寄膛鳉さ男纬?，關(guān)鍵在于形成合適的坯殼強(qiáng)度和厚度，初始凝固的傳熱特性和坯殼受力情況是其兩大決定因素。因此，連鑄結(jié)晶器熱流密度的大小是連鑄研究工作的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。很多研究者在進(jìn)行結(jié)晶器熱分析數(shù)值計(jì)算時(shí)，直接采用前人在測(cè)定靜止水冷結(jié)晶器內(nèi)熱流與鋼液停留時(shí)間關(guān)系的基礎(chǔ)上得到的鑄坯與結(jié)晶器界面間局部熱流密度的計(jì)算公式作為熱面的邊界條件進(jìn)行計(jì)算，這無疑和實(shí)際生產(chǎn)過程存在很大的誤差。本發(fā)明根據(jù)保護(hù)渣動(dòng)量與質(zhì)量守恒，以及結(jié)晶器內(nèi)穩(wěn)態(tài)傳熱過程，計(jì)算保護(hù)渣渣膜厚度，從而得到結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程的熱流密度作為邊界條件。
文檔編號(hào)B22D11/111GK101844214SQ20091001081
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者高*妮 申請(qǐng)人:高*妮