[发明专利]一种异型坯腹板中心裂纹控制方法

摘要

一种异型坯腹板中心裂纹控制方法，属于炼钢近终形连铸技术领域。包括获得异型坯连铸机铸坯支撑系统出口与结晶器弯月面间距离为4～6m；经过前处理、建立模型、计算过程以及后处理分析铸坯在连铸机内不同位置时实时热状态信息；控制腹板中心液芯长度L_fb,m处于如下范围内：D_sg‑1.0≤L_fb≤D_sg；优化调整钢种成分，根据翼缘、腹板处铸坯厚度收缩量，设置铸坯支撑系统中各扇形段的辊缝收缩锥度。优点在于，方法简单、经济高效，有效降低或消除腹板中心裂纹缺陷的发生率，增强产品的竞争力。

主权项

1.一种异型坯腹板中心裂纹控制方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：1)获得异型坯连铸机铸坯支撑系统出口与结晶器弯月面间距离：异型坯连铸机断面尺寸为295mm×205mm×85mm～430mm×300mm×85mm；铸机基础圆弧半径为9～12m；二冷区包含足辊段、二冷区一段及二冷区二段3个冷却区，铸坯支撑系统出口与结晶器弯月面间距离为4～6m；2)采用有限元商业软件建立异型坯连铸的2D凝固分析数学模型，包括前处理、建立模型、计算过程以及后处理，用于分析铸坯在连铸机内不同位置时实时热状态信息：①前处理：根据异型坯断面尺寸，选择1/4截面作为计算域，网格划分尺寸为0.1～10mm，非均匀网格；②建立模型：根据连铸机结晶器长度、二冷区长度、空冷区长度，铸坯2D切片处于连铸机纵向不同位置时，铸坯表面分别设置第二类边界条件‑热通量、第三类边界条件‑对流换热以及辐射换热边界条件；铸坯对称中心设置绝热边界条件：其中，设置第二类边界条件时，瞬时结晶器热流密度沿结晶器拉坯方向的分布采用下式计算：式中，qs为瞬时热流密度，w/m2；L为与弯月面间距离，m；v为拉坯速度，m/min；常数b根据下式计算：其中：L_m为结晶器有效长度，m；为结晶器平均热流密度w/m²，通过结晶器冷却水流量、水温差以及结晶器壁的有效冷却面积计算得到，如下：式中，Cw—冷却水比热，J/kg·℃；m—结晶器冷却水流量，kg/s；ΔT—结晶器进出水温差，℃；Seff—结晶器壁的有效冷却面积，m2；设置第三类边界条件时，二冷区内综合换热系数采用如下公式计算：h＝116+10.44w0.815其中，h为二冷区内综合换热系数，W/m2℃；w为给定二冷区铸坯表面水流密度，L/(m2·min)；设置辐射边界条件时，空冷区热流密度根据下式计算：qm＝εσ[(Tb+273)4‑(T0+273)4]式中，qm为空冷区辐射热流密度，w/m2；Tb为铸坯表面温度，℃；T0为环境温度，℃；ε为铸坯表面黑度，0～1；σ为波尔兹曼常数，w/m2.K4；模型中，研究钢种的热物性参数，密度、导热系数、比热参数均为温度的非线性函数；③计算过程：基于已建立的异型坯连铸的2D凝固分析数学模型，计算连铸过热度15～40℃、结晶器冷却水流量50～80m3/h、结晶器进出水温差2～7℃、拉速0.6～1.8m/min、二冷强度0.5～1.5L/kg、内/外弧二冷水百分比6～17％工艺下铸坯热状态历史，运行模型并保存计算结果文件，获得铸坯的热状态历史；④在计算结果文件中提取腹板中心节点温度与距离的关系，根据钢种固相线温度判断腹板中心完全凝固时，即凝固终点与弯月面间的距离；3)计算不同过热度、结晶器冷却水流量、结晶器进出水温差、拉速、二冷强度、内/外弧二冷水百分比对腹板中心完全凝固时与弯月面间的距离，即腹板中心液芯长度的影响；以连铸机铸坯支撑系统出口与结晶器弯月面间距离Dsg，m作为判据，控制腹板中心液芯长度Lfb,m处于如下范围内：Dsg‑1.0≤Lfb≤Dsg4)调整钢种成分，25﹤Mn/S锰硫比﹤200、拉速范围0.7～1.6m/min、二冷强度0.6～1.5L/kg；二冷区内各回路二冷水分配比为20～30:12～17:12～17:10～20:6～11:6～11:9～12；5)根据翼缘、腹板处铸坯厚度收缩量，设置铸坯支撑系统中各扇形段的辊缝收缩锥度；控制翼缘处辊缝收缩锥度为0.2～0.3mm/m，腹板辊缝收缩锥度0.1～0.2mm/m。