一种板坯连铸机基础辊缝工艺的制定方法

摘要

一种板坯连铸机基础辊缝工艺的制定方法，属于炼钢连铸技术领域。包括钢种热物性参数测量与计算，通过试验手段和运用商业软件JmatPro计算钢种在连铸工艺的冷速条件下，从液相线至室温范围内的瞬时热膨胀系数；凝固传热模型计算，二次开发子程序plotv.f中铸坯的收缩量计算；进行有限元分析计算，获得铸坯处于连铸机内不同位置时的铸坯厚度值，并换算为板坯连铸机各扇形段内凝固收缩量或扇形段锥度。优点在于，改善铸坯中心偏析或，消除中心疏松缺陷，方法简单，经济高效。

主权项

一种板坯连铸机基础辊缝工艺的制定方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：1)钢种热物性参数测量与计算：钢种热物性参数主要涉及瞬时热膨胀系数，需要测量、计算两部分工作；钢种在室温至1350℃范围内的瞬时热膨胀系数通过Gleeble热模拟试验机测试得到；但是1350℃至液相范围内的瞬时热膨胀系数受到试验设备能力的限制需要通过商业软件JmatPro根据钢种在凝固过程中的相变规律及各相密度随温度变化规律进行计算；2)凝固传热模型计算：建立适合特定板坯铸机的有限元分析模型，具体模型及热收缩计算原理如下：①根据铸坯几何及传热的对称性，取铸坯的四分之一断面作为凝固传热分析模型的计算域；忽略铸坯拉坯方向的热量损失，采用2D切片法计算铸坯在连铸机内的热状态，模型采用均匀网格划分；设板坯宽为A，厚为B，将1/2边长分别取m节点和n节点，取X，Y方向空间步长为Δx和Δy，于是有：$\Delta x=\frac{A}{2(m-1)}=x_{i+1}-x_i=x_i-x_{i-1}$$\Delta y=\frac{B}{2(n-1)}=y_{i+1}-y_i=y_i-y_{i-1}$在垂直X‑Y平面的时间轴上，取时间步长为Δt，则Δt＝t_p+1‑t_p＝t_p‑t_p‑1；因此，研究区域就转变为一系列离散点；记为t_p时刻结点(i，j)位置上点的温度；②二次开发子程序plotv.f中铸坯的收缩量计算方法如下：a.单位厚度的切片以一定的时间步长从结晶器弯月面处开始向下移动，依次通过结晶器冷却区、二次冷却区和空冷辐射区，直到出计算域为止；在每一时间点上计算该切片的温度分布；b.凝固收缩计算从弯月面初开始，因为粘滞性温度以上热膨胀系数被强制设定为零，这样就保证了从初始凝固开始具有收缩现象；c.在凝固计算过程中，每一个给定是时间点上的结点温度的改变是相对于该结点前一个时间点上的温度；每个结点的长度的变化是由该结点温度相对于前一时间的温度的改变而产生的；采用向前差分离散，宽度方向上的节点热应变为：${\mathrm{\Delta ϵ}}^{th}=\alpha ·(T_{i,j}^{p+1}-T_{i,j}^p)=\frac{{\mathrm{\Delta x}}_{i,j}^{p+1}}{{\mathrm{\Delta x}}_{i,j}^p}-1$其中，Δε^th为(i，j)节点在p+1时刻的热收缩应变；分别为(i，j)节点在p，p+1时刻的温度；α为温度范围内的调和平均热膨胀系数；为(i，j)节点在p、p+1时刻的宽度方向尺寸；该时间点p+1上宽度方向上结点尺寸为：${\mathrm{\Delta x}}_{i,j}^{p+1}={\mathrm{\Delta x}}_{i,j}^p+\alpha ·(T_{i,j}^{p+1}-T_{i,j}^p)·{\mathrm{\Delta x}}_{i,j}^p$同理，厚度方向上的上结点尺寸为：${\mathrm{\Delta y}}_{i,j}^{p+1}={\mathrm{\Delta y}}_{i,j}^p+\alpha ·(T_{i,j}^{p+1}-T_{i,j}^p)·{\mathrm{\Delta y}}_{i,j}^p$其中：分别为p、p+1时刻的瞬时热膨胀系数；d.每一个给定的时间点上铸坯在尺寸上由该方向上所有结点收缩叠加得到；时间点p+1上宽度方向上自然收缩量：${\delta }_A=A^{p+1}-A^0={\Sigma }_{t=0}^{(p+1)·\Delta t}({\Sigma }_{i=1}^m\alpha ·(T_{i,j}^{p+1}-T_{i,j}^p)·{\mathrm{\Delta x}}_{i,j}^{p+1})$其中，δ_A为铸坯在宽度方向尺寸变形量；A^p+1为铸坯宽度在p+1时刻尺寸；A⁰为铸坯宽度在初始状态下尺寸；时间点p+1上厚度方向上自然收缩量：${\delta }_B=B^{p+1}-B^0={\Sigma }_{t=0}^{(p+1)·\Delta t}({\Sigma }_{j=1}^n\alpha ·(T_{i,j}^{p+1}-T_{i,j}^p)·{\mathrm{\Delta y}}_{i,j}^{p+1})$其中，δ_B为铸坯在宽度方向尺寸变形量；B^p+1为铸坯宽度在p+1时刻尺寸；B⁰为铸坯宽度在初始状态下尺寸；e.重复以上步骤a～d直到计算结束为止；3)进行有限元分析计算，获得铸坯处于连铸机内不同位置时的铸坯厚度值，并换算为板坯连铸机各扇形段内凝固收缩量或扇形段锥度。