連鑄用電磁攪拌控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及連鑄領(lǐng)域，更加具體地，設(shè)及一種連鑄用電磁攬拌控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在連鑄過(guò)程中，如圖1所示，鋼水從鋼包1和中間包2通過(guò)結(jié)晶器3 -次冷卻結(jié) 晶后形成外殼凝固中屯、為鋼液的鑄巧100并從結(jié)晶器3下口拉出，在結(jié)晶器3內(nèi)形成鋼水 液面30 (彎月面）。鑄巧100從結(jié)晶器下口拉出后，在二冷區(qū)進(jìn)行二次冷卻，經(jīng)過(guò)拉矯漉列 (注意，圖中只示出了一部分拉矯漉）的矯直后，通過(guò)切前漉道到達(dá)火切機(jī)4進(jìn)行鑄巧切割， 其中，二冷區(qū)是指結(jié)晶器W下到切割漉道4前的區(qū)域。在上述過(guò)程中，鑄流在外界冷卻作用 下，從外向內(nèi)不斷凝固，產(chǎn)生的凝固收縮量由中屯、可W流動(dòng)的自由鋼液補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，但是在凝 固末期，由于鋼液在類似多空介質(zhì)的兩相區(qū)中流動(dòng)阻力的增加，凝固收縮量無(wú)法得到及時(shí) 補(bǔ)償，形成的壓降將導(dǎo)致鑄巧中屯、附近枝晶間的富集偏析元素鋼液向中屯、流動(dòng)、匯集并最 終凝固，從而形成中屯、宏觀偏析，同時(shí)得不到補(bǔ)償?shù)哪淌湛s量將最終形成中屯、疏松。
[0003] 鋼巧在連鑄凝固過(guò)程中產(chǎn)生的中屯、偏析和中屯、疏松，對(duì)產(chǎn)品性能危害很大，惡化 了鋼的沖擊初性，特別是低溫沖擊初性W及產(chǎn)品的抗疲勞性能和焊接性能；嚴(yán)重的中屯、偏 析和中屯、疏松還可引起中屯、裂紋和縮孔，已成為提高鑄巧質(zhì)量的制約因素之一。
[0004] 為了改善鑄巧的內(nèi)部質(zhì)量，減少中屯、偏析和中屯、疏松，提出了"末端電磁攬拌"技 術(shù)，即，通過(guò)在鑄機(jī)二冷結(jié)束位置，施加行波磁場(chǎng)來(lái)促進(jìn)鋼液旋流，折斷鑄巧凝固末端凝固 狀前沿的柱狀晶，并將其破碎成小顆粒，W便形成等軸晶，細(xì)化組織，從而提高鑄巧內(nèi)部質(zhì) 量，如圖1所示，在連鑄機(jī)二冷區(qū)結(jié)束位置安裝電磁攬拌裝置200 (例如，攬拌器）。但是， 電磁攬拌裝置200安裝位置有一定要求，鑄巧的液忍厚度占鑄巧厚度的30~55%的位置 為最佳攬拌位置。然而，目前末端攬拌器安裝在一個(gè)固定的位置，當(dāng)鋼種、拉速或水量等因 素變化時(shí)，該攬拌器并不能滿足上述最佳攬拌位置要求，導(dǎo)致末端電磁攬拌對(duì)鑄巧內(nèi)部質(zhì) 量的改善不佳，鑄巧產(chǎn)生嚴(yán)重的鑄巧疏松、縮孔和偏析，例如，鋼種、拉速或水量等因素變化 時(shí)，其安裝攬拌器位置處的液忍厚度會(huì)產(chǎn)生較大變化，極有可能不在鑄巧厚度的30~55% 范圍內(nèi)，達(dá)不到減少中屯、偏析和中屯、疏松的效果。 陽(yáng)0化]申請(qǐng)?zhí)枮?01110434639. 7,發(fā)明名稱為"一種提高鑄巧末端電磁攬拌強(qiáng)度的方法" 的發(fā)明專利公開(kāi)了一種在連鑄巧末端安裝電磁攬拌裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)二冷各段配水水量，使 該處鑄巧表面溫度Ti〉=Tg,使得末端電磁攬拌強(qiáng)度最大的方法。
[0006] 但是，該專利公開(kāi)的方法電磁攬拌裝置的位置依然是固定的，就改善鑄巧內(nèi)部質(zhì) 量而言，該方法具有W下幾個(gè)缺點(diǎn)：
[0007] 第一，電磁強(qiáng)度大并不一定能改善鑄巧內(nèi)部質(zhì)量，因?yàn)檫^(guò)大的攬拌強(qiáng)度反而易導(dǎo) 致鑄巧白亮帶組織，影響社材性能；
[0008] 第二，鋼種不同，若液相線相差過(guò)大，或者拉速變化大時(shí)，在需要保證鑄巧質(zhì)量的 前提下，僅僅通過(guò)調(diào)整二冷水量，不能滿足安裝電磁攬拌處的鑄巧表面溫度要求；
[0009] 第=，在連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，有的鋼種其二冷水量是不能隨意調(diào)整，該專利公開(kāi)的方 法不能實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題而做出，其目的在于提供一種 適應(yīng)各鋼種和各種工藝條件的改善鑄巧內(nèi)部質(zhì)量的連鑄用電磁攬拌控制方法及系統(tǒng)。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種連鑄用電磁攬拌控制方法，包括構(gòu)建溫度場(chǎng)計(jì) 算模型；通過(guò)構(gòu)建的溫度場(chǎng)計(jì)算模型追蹤鑄巧巧殼凝固率；根據(jù)鑄巧巧殼凝固率確定攬拌 位置，其中，所述攬拌位置為鑄巧巧殼凝固率為45 %至70 %的位置；將電磁攬拌裝置移動(dòng) 到上述攬拌位置，對(duì)該位置的鑄巧施加電磁場(chǎng)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種連鑄用電磁攬拌控制系統(tǒng)，包括電磁攬拌裝 置，對(duì)鑄巧施加電磁場(chǎng)，其中，該連鑄用電磁攬拌控制系統(tǒng)還包括：輸入單元，用于輸入連鑄 生產(chǎn)的工藝參數(shù)；模型構(gòu)建單元，構(gòu)建溫度場(chǎng)計(jì)算模型；跟蹤單元，根據(jù)輸入單元輸入的工 藝參數(shù)和模型構(gòu)造單元構(gòu)造的溫度場(chǎng)計(jì)算模型追蹤鑄巧巧殼凝固率；確定單元，將跟蹤單 元得到的鑄巧巧殼凝固率為45%至70%的位置確定為攬拌位置；移動(dòng)裝置，將電磁攬拌裝 置移動(dòng)到確定單元確定的攬拌位置。
[0013] 本發(fā)明所述連鑄用電磁攬拌控制方法及裝置將鑄巧實(shí)時(shí)溫度場(chǎng)計(jì)算模型、末端電 磁攬拌裝置及其移動(dòng)裝置結(jié)合起來(lái)，不管是鋼種發(fā)生變化，還是拉速發(fā)生變化，W及二冷水 量發(fā)生變化，均能實(shí)現(xiàn)鑄巧巧殼凝固率的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確追蹤，保證在最佳攬拌位置對(duì)鑄巧施加 電磁場(chǎng)，有效減少中屯、疏松和中屯、偏析，提高了鑄巧內(nèi)部質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 通過(guò)參考W下結(jié)合附圖的說(shuō)明及權(quán)利要求書(shū)的內(nèi)容，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將 更加明白及易于理解。在附圖中：
[0015]圖1是現(xiàn)有技術(shù)采用電磁攬拌技術(shù)生產(chǎn)鑄巧的示意圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明連鑄用電磁攬拌控制方法的流程圖；
[0017]圖3是本發(fā)明連鑄用電磁攬拌控制方法中構(gòu)建溫度場(chǎng)計(jì)算模型的方法的流程圖；
[0018] 圖4是本發(fā)明連鑄用電磁攬拌控制方法中構(gòu)建鑄巧凝固傳熱模型的坐標(biāo)系的示 意圖；
[0019] 圖5是本發(fā)明通過(guò)構(gòu)建的溫度場(chǎng)計(jì)算模型追蹤鑄巧巧殼凝固率方法的流程圖；
[0020] 圖6是本發(fā)明連鑄用電磁攬拌控制系統(tǒng)的構(gòu)成框圖；
[0021] 圖7是本發(fā)明連鑄用電磁攬拌控制系統(tǒng)中移動(dòng)裝置的示意圖；
[0022] 圖8a和8b是根據(jù)本發(fā)明連鑄用電磁攬拌控制方法及裝置一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 在下面的描述中，出于說(shuō)明的目的，為了提供對(duì)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的全面理解，闡 述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，很明顯，也可W在沒(méi)有運(yùn)些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)運(yùn)些實(shí)施例。 在其它例子中，為了便于描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備W方框圖的形式示出。
[0024] 下面將參照附圖來(lái)對(duì)根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[00對(duì)圖2是本發(fā)明連鑄用電磁攬拌控制方法的流程圖，如圖2所示，所述連鑄用電磁攬 拌控制方法包括：
[00%] 在步驟S210中，構(gòu)建溫度場(chǎng)計(jì)算模型，其具體過(guò)程將在圖3的描述中進(jìn)行詳細(xì)說(shuō) 明；
[0027] 構(gòu)建了溫度場(chǎng)計(jì)算模型W后，在步驟S220中，通過(guò)構(gòu)建的溫度場(chǎng)計(jì)算模型追蹤鑄 巧巧殼凝固率，具體地，將在圖5的描述中進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明；
[0028] 得到實(shí)時(shí)的鑄巧巧殼凝固率W后，在步驟S230中，根據(jù)鑄巧巧殼凝固率確定攬拌 位置，其中，所述攬拌位置為鑄巧巧殼凝固率為45 %至70 %的位置；
[0029] 確定了攬拌位置W后，在步驟S240中，將電磁攬拌裝置移動(dòng)到上述攬拌位置，對(duì) 該位置的鑄巧施加電磁場(chǎng)。
[0030] 上述連鑄用電磁攬拌控制方法采用溫度場(chǎng)追蹤鑄巧巧殼凝固率確定攬拌位置和 將攬拌裝置移動(dòng)到該攬拌位置相結(jié)合的電磁攬拌控制方法，保證在最佳攬拌位置對(duì)鑄巧施 加電磁場(chǎng)，減少了鑄巧的疏松、縮孔、偏析等鑄巧內(nèi)部質(zhì)量缺陷，改善鑄巧內(nèi)部質(zhì)量，達(dá)到提 高成材率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少?gòu)U巧的目的。
[0031]圖3是本發(fā)明連鑄用電磁攬拌控制方法中構(gòu)建溫度場(chǎng)計(jì)算模型的方法的流程圖， 如圖3所示，所述構(gòu)建溫度場(chǎng)計(jì)算模型包括：
[0032] 首先，在步驟S310中，建立鑄巧凝固傳熱模型，圖4示出了鑄巧凝固傳熱模型的坐 標(biāo)系，Z方向?yàn)槔煞较?，由于拉巧方向上的溫度梯度變化不大，忽略拉巧方向中的熱擴(kuò)散 效應(yīng)，采用鑄巧二維非穩(wěn)態(tài)傳熱拉格朗日（Lagrangian)微分方程描述鑄巧凝固傳熱模型：
[0033]
[0034] 其中，P是鋼液固相和液相密度，t是時(shí)間，T溫度，H是熱洽，單位KJ. kg1;;CP 是比熱，單位J. kgI.°C1，A是導(dǎo)熱系數(shù)，單位w.ml.°C1。
[0035] 然后，在步驟S320中，設(shè)定上述鑄巧凝固傳熱模型求解過(guò)程中的假設(shè)條件，其中， 所述假設(shè)條件包括：1)通過(guò)放大導(dǎo)熱系數(shù)方法來(lái)體現(xiàn)鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的強(qiáng)烈流動(dòng)對(duì)傳熱 的影響；2)鋼液固相和液相密度視為常數(shù)P;3)熱物性參數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)A、比熱Cp均視 為溫度的函數(shù)；4)將合金的凝固溫度視為常數(shù)，凝固開(kāi)始的溫度為液相線溫度Tl,凝固結(jié)束 的溫度為固相線溫度L，Tl和Tg由合金成分確定。
[0036] 設(shè)定了鑄巧凝固傳熱模型求解過(guò)程中的假設(shè)條件后，在步驟S330中，設(shè)定鑄巧凝 固傳熱模型的初始條件和邊界條件，其中，
[0037] 初始條件為：結(jié)晶器彎月面鋼水溫度與誘鑄溫度相同，取中包溫度；
[0038] 結(jié)晶器段邊界條件為：
[0039] -AV7'.n=f W40] 其中，n是鑄巧表面的外法線方向；q是熱流密度，單位W/m2;
[0041]二冷段邊界條件為：-ivr?n'= //(r-r,)
[00創(chuàng)其中，T"為環(huán)境溫度，h為鑄巧表面與周圍環(huán)境的傳熱系數(shù)，單位KW.m2.°CU=a+b/，其中，a和b是常數(shù)，W是水流密度，單位為I.m2.SI,指數(shù)C取值0. 4至0. 7。
[0043] 圖5是本發(fā)明通過(guò)構(gòu)建的溫度場(chǎng)計(jì)算模型追蹤鑄巧巧殼凝固率方法的流程圖，如 圖5所示，所述通過(guò)構(gòu)建的溫度場(chǎng)計(jì)算模型追蹤鑄巧巧殼凝固率方法包括：
[0044] 首先，在步驟S510中，根據(jù)連鑄生產(chǎn)的工藝參數(shù)和溫度場(chǎng)計(jì)算模型，實(shí)時(shí)計(jì)算鑄 巧的溫度分布，其中，工藝參數(shù)為連鑄生產(chǎn)鋼種、中包溫度、拉巧速度、斷面尺寸、過(guò)熱度、結(jié) 晶器水量、結(jié)晶器水溫差、二冷各區(qū)水量、鑄巧總厚度等；
[0045] 得到鑄巧的溫度分布情況后，在步驟S520中，根據(jù)鑄巧厚度方向的溫度分布情 況，利用鋼種的液相溫度和固相溫度確定鑄巧凝固殼厚度，具體地，首選根據(jù)鋼種中各 兀素的含重確定鋼種的液相線溫度Tl和固相線溫度TS，其中，鋼種的液相線溫度Ti= 1599°C-107*( % 0-26. 6*( %Si)-6