專利名稱：一種連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法
技術領域：
本發(fā)明屬于連鑄工藝技術領域，尤其涉及一種連鑄坯凝固過程中溫度和固相率分 布的計算方法，適用于連鑄工藝過程中鑄流全三維溫度和固相率的確定。
背景技術：
連鑄工藝過程中，鋼由液體凝固為固體過程中溫度和固相率變化是最重要的工藝 參數(shù)，也是最終決定鑄坯質(zhì)量的決定性因素，連鑄的全部操作都是為了獲得鑄流整體合理 的溫度及固相率分布。在實際生產(chǎn)過程中，由于鋼種成分、鑄機結構、工藝參數(shù)及外部條件的復雜多變， 導致鑄坯的溫度和固相率確定難度很大，而連鑄生產(chǎn)中惡劣的現(xiàn)場條件，又給實際測試工 作帶來了無法克服的難度，因此通過數(shù)學物理方程來計算連鑄坯凝固過程中溫度和固相率 的分布，并且利用計算機可視化便成為最有效、最直觀的方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在根據(jù)鑄坯凝固過程的特點和連鑄工藝過程的外部條件，建立相 應的數(shù)學模型，通過數(shù)值計算對鑄流全三維溫度場和固相率分布進行求解，并將計算結果 輸出，為現(xiàn)場工藝人員提供一種診斷鑄坯質(zhì)量及進行工藝優(yōu)化必要前提的連鑄鑄流溫度及 固相率分布計算方法。具體技術方案是一種連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，是根據(jù)鋼種成分確定鋼種的物性參 數(shù)，將整個連鑄鑄流劃分為立方體網(wǎng)格，并在此基礎上建立三維凝固過程數(shù)學模型。用于確 定鑄坯內(nèi)部各網(wǎng)格之間熱量傳遞的鑄流整體三維傳熱-凝固過程數(shù)學模型為

權利要求
1. 一種連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，其特征是，根據(jù)鋼種成分確定鋼種的物性參數(shù)，將整個連鑄鑄流劃分為立方體網(wǎng)格，并在此基礎上建立三維凝固過程數(shù)學模型；用于確定鑄坯內(nèi)部各網(wǎng)格之間熱量傳遞的鑄流整體三維傳熱_凝固過程數(shù)學模型為
2.根據(jù)權利要求1所述的連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，其特征在于，鋼種物 性參數(shù)中液相線溫度T1的確定方法為T1 = 1810-78X [C]-4. 9X [Mn]-7. 6X [Si]-38X [S]-34. 4X [P]-3. IX [Ni]-1. 3X [Cr ]-4. 7 X [Cu]-3. 6 X [Al][]內(nèi)為該元素在鋼中含量百分數(shù)，％。
3.根據(jù)權利要求1所述的連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，其特征在于，鋼種物 性參數(shù)中固相線溫度Ts的確定方法為Ts = 1810-175X[C]-30X[Mn]-20 X[Si]-575X[S]-280X[P]-4. 75X[Ni] -6. 5X [Cr]-0X [Cu]-5X [Mo]-4X [V]-60X [Nb]-7. 5X [Al]-40X [Ti]。
4.根據(jù)權利要求1所述的連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，其特征在于，鋼 種物性參數(shù)中密度P的確定方法是將鋼種按照低碳鋼[C] < 0. 14%、中碳鋼0. 14% ([C] ( 0. 45%、高碳鋼[C] > 0. 45%三種情況，根據(jù)鑄坯溫度場變量T的不同而對應選 擇，具體選擇范圍為(1)、低碳鋼T < 1902K 時，P = 2. 54X (3091. 41_e0.0032T)1902K 彡 T 彡 2100K 時，P = (-0. 0011+0. 00084XT0 05)(2)、中碳鋼T < 1529K 時，P = 0. 32X (24286. 97_Ε°·005Τ) 1529Κ 彡 T 彡 2200Κ 時，P = 8700. O-T(3)、高碳鋼T < 1610Κ 時，P = 0. 32Χ (24286. 97_e0.005T) 1610K 彡 T 彡 2200K 時，P = 7900-0. 66XT。
5.根據(jù)權利要求1所述的連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，其特征在于，鋼種物 性參數(shù)中導熱系數(shù)h按照鋼的固相分數(shù)ε分為液態(tài)即ε =0、固、液兩相區(qū)即0< ε < 1、 固態(tài)即ε = 1三種情況，根據(jù)鑄坯溫度場變量T的不同，分別進行選取，具體選擇范圍為(1)、低碳鋼ε = 0 時，h = (280. 72-0. 14XT) X (1+μ X (1-f)2) 0 < ε < 1 時，h = [fX (13. 58+0. 011XT) + (l-f) Χ29] X [1+μ X (1-f)2] ε = 1時，當T > 1768K 時，h = 280. 72-0. 14XT 1122K 彡 T 彡 1768K 時，h = 13. 58-0. OllXT 873K 彡 T 彡 1122K 時，h = 69. 34-0. 038XT 373K 彡 T 彡 873K 時，h = 74. 34-0. 044XT T 彡 373K 時，h = 58 ；(2)、中碳鋼ε = 0 時，h = (349. 99-0. 18XT) X [1+μ X (1-f)2]0 < ε < 1 時，h = [fX (15. 19+0. 0097XT) +(1-f) X (349. 99-0. 18XT)] X [1+μ X (ι-f)2]ε = 1時，當T > 1768K 時，h = 349. 99-0. 18XT1082K ≤ T ≤ 1768K 時，h = 15. 19-0. 0097XT851K ≤ T ≤ 1082K 時，h = 78. 54-0. 049XT373K ≤ T ≤ 851K 時，h = 60. 72-0. 028XTT ≤ 373K 時，h = 55 ；(3)、高碳鋼ε = 0 時，h = (130. 36-0. 059XT) X [1+μ X (1-f)2]0 < ε < 1 時，h = [fX (8· 56+0. 015XT) +((1-f) X (130. 36-0. 059XT)] X [1+μ X (ι-f)2]ε = 1時，當T > 1660Κ 時，h = 130. 36-0. 059XT 1073K ≤ T ≤ 1660K 時，h = 8. 56-0. 015XT 980K ≤ T ≤ 1073K 時，h = 88. 48-0. 060XT 373K ≤ T ≤ 980K 時，h = 58. 37-0. 029XT T ≤ 373K 時，h = 50。
6.根據(jù)權利要求1所述的連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，其特征在于，鋼種物 性參數(shù)中定壓比熱Cp的確定方法是將鋼種按照低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼三種情況，根據(jù)鑄 坯溫度場變量T的不同，分別對應取值(1)、低碳鋼T > 1273K 時，Cp = (10. 52+4. 80 X IO-5XT) X 1000 1073K ≤ T ≤ 1273K 時，Cp = (2. 62-1. 55 X IO-3XT) X 1000 1023K ≤ T ≤ 1073K 時，Cp = (4. 72-3. 50 X I(T3XT) X 1000 973K ≤ T ≤ 1023K 時，Cp = (-4. 67+5. 68 X I(T3XT) X 1000 T ≤ 973K 時，cp = (0. 52-3. 74X 1(Γ4ΧΤ+7· 27 X ICT7XT2) X 1000 ；(2)、中碳鋼T > 1379Κ 時，cp = (0. 35+2. IXl(T4XT) Χ1000 1100Κ ≤ T ≤ 1379Κ 時，Cp = 6441023Κ ≤ T ≤1100Κ 時，cp = (11. 873-1. 0208 X IO-2XT) X 1000 973Κ ≤ T ≤ 1023Κ 時，Cp = (-10. 54+1. 17 X I(T2XT) X 1000 T ≤ 973Κ 時，Cp= (0. 51-3. 35 X ICT4X Τ+6. 89 X ICT7X T2) Χ1000 ；(3)、高碳鋼T > 1073Κ 時，cp = (0. 45+1. 43 X I(T4XT) X 1000 1023Κ ≤ T ≤ 1073Κ 時，Cp = (32. 03-2. 93 X I(T2XT) X 1000 973Κ ≤ T ≤ 1023Κ 時，Cp = (-24. 89+2. 64X I(T2XT) X 1000 T ≤ 973Κ 時，cD = (0. 32+4. 51 X I(T4XT) X 1000。
7.根據(jù)權利要求1所述的連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，其特征在于，鋼種物 性參數(shù)中根據(jù)鋼中主要元素選取的平衡分配系數(shù)κ值為
8.根據(jù)權利要求1所述的連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，其特征在于，鋼種物 性參數(shù)中根據(jù)鋼中主要元素選取的溶質(zhì)擴散系數(shù)D值為
9.根據(jù)權利要求1所述的連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，其特征在于，鋼種物 性參數(shù)中，二次枝晶間距λ取值為λ = lX10_4m。
10.根據(jù)權利要求1所述的連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，其特征在于，邊界條 件中鑄機二次冷卻段的冷卻水分布狀態(tài)參數(shù)α根據(jù)鑄流長度確定，具體對應取值范圍是
全文摘要
本發(fā)明提供一種連鑄鑄流溫度及固相率分布計算方法，根據(jù)成分確定鋼種的物性參數(shù)，將整個鑄流劃分為立方體網(wǎng)格，建立三維凝固過程數(shù)學模型，將各物性參數(shù)和鑄坯冷卻邊界條件代入各數(shù)學模型，形成該鋼種的計算方程組，迭代求解并將結果輸出。由于依據(jù)鑄機結構設置計算參數(shù)，與實際鑄坯凝固過程相吻合；根據(jù)鑄坯傳熱方式和鑄機特性計算鑄坯實際水流密度分布，使計算結果更加科學；針對不同鋼種各元素含量，計算液、固相線溫度，使固相分數(shù)計算準確度高；將熱物性參數(shù)轉化為凝固溫度及組元成分的函數(shù)，實現(xiàn)計算機可視化描述鑄坯全三維溫度場及固相率分布狀態(tài)，全面反映整個鑄坯任意位置的溫度、固相分數(shù)、溫度變化曲線及坯殼厚度。
文檔編號G06F19/00GK102110188SQ20091024878
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權日2009年12月25日
發(fā)明者劉偉, 吳世龍, 安連旗, 張相春, 王鵬, 田勇, 簡龍 申請人:鞍鋼股份有限公司