[发明专利]金属连铸坯的连铸方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属连铸坯的连铸方法。

背景技术

具体而言，本发明涉及在连铸机中对金属连铸坯尤其是钢连铸坯进行连铸的方法，从冷却的连铸结晶器中拉出具有被坯壳包住的液芯的连铸坯，在安装于连铸结晶器后面的连铸坯支承装置中支承连铸坯，并且用冷却剂对其进行冷却，在一种数学仿真模型中在考虑金属的物理参数、连铸坯的厚度以及连续测定的拉坯速度的情况下计算整个连铸坯的热力学状态变化。

DE 4417808 A1公开了一种对金属连铸坯进行连铸的方法，从冷却的连铸结晶器中拉出具有被坯壳包住的液芯的连铸坯，然后将其支承于连铸坯支承装置之中，并且用冷却剂对其进行冷却。利用数学模拟模型(包括二维热传导方程)实时计算整个连铸坯在连铸过程中发生的状态变化，并且根据计算的热动力学状态变化调整连铸坯冷却装置。

由于所使用的热传导方程的二维维数，迄今为止无法计算金属连铸坯的所有方向(连铸坯厚度、连铸坯宽度和拉坯方向)中的热传导和与此相关的状态变化，也无法根据计算的状态变化利用连铸坯冷却装置有针对性地调整温度变化过程。除此之外，由于在仿真模型中并未考虑到热动力学效应，因此会造成凝固点计算值和实际值之间出现偏差。

发明内容

本发明的任务在于提供一种上述类型的方法，可用来提高整个连铸坯的热动力学状态变化仿真精度，并且可结合冷却装置来改善金属连铸坯的产品质量以及连铸工艺的生产效率。

采用上述类型的方法，在数学仿真模型中实时数值求解三维热传导方程，然后在考虑已计算的状态变化时调整连铸坯冷却装置，即可解决这一任务。

利用DE 4417808 A1所述的方法可以根据二维热传导实时计算热动力学状态变化，然后利用连铸坯冷却装置对连铸坯的温度变化过程施加影响。按照该发明所述的方法，可以利用非线性、非稳态热传导方程，根据三维热传导(即连铸坯厚度方向、连铸坯宽度方向和也称为拉坯方向的连铸坯纵向)实时计算热动力学状态变化，然后利用连铸坯冷却装置有针对性地施加影响。这样就能以比较高的精度计算热动力学状态变化，然后利用与此协调的连铸坯冷却装置完全有针对性地影响热动力学变化。在数学仿真模型中将连铸坯分解成若干体积元，也就是将其离散化，每一个离散体积元均在连铸坯纵向、连铸坯厚度方向和连铸坯宽度方向具有长度。利用这种离散化方式可以将连铸坯冷却装置的各个喷嘴对应于连铸坯的一个或多个离散体积元，这样首先可以根据所有空间维度中的热传导以及通过连铸坯冷却装置所排出的热量，以很高的精度计算这些体积元中的热动力学状态变化，其次可以利用这些喷嘴有针对性地以很高的效率对连铸坯的热动力学特性施加影响。

按照一种特别有益的实施方式，在本发明所述方法的数学仿真模型中在考虑随温度变化的金属连铸坯密度变化的情况下数值求解三维热动力学热传导方程。专业人士均知道，金属密度随温度变化的幅度很大。例如在温度为1550℃(中间包中的熔体温度)的连铸过程中，钢的密度约为7000kg/m³，而当温度为300℃时(凝固后的连铸坯)则会增大到约7800kg/m³。在连铸过程中结合热传导方程确定凝固点时，密度变化也是很重要的因素。凝固点指的是拉坯方向中的某一个点，金属连铸坯从该点起已完全凝固，也就是金属连铸坯不再有液芯。尽可能精确计算凝固点在任何情况下都特别有益。如果低估凝固点的位置，也就是在拉坯方向算出的凝固点与结晶器之间的距离小于实际的凝固点，则可能会导致非常危险的浇铸情况(例如连铸坯断裂)。令另一方面来看，如果过分高估凝固点，将使得允许的铸造速度受到限制，这又会降低设备的生产效率。

按照本发明所述方法的另一种特别有益的实施方式，使用近似焓方程在考虑随温度变化的金属连铸坯密度的变化的情况下数值求解热传导方程，所述焓方程具有整个连铸坯的精确质量和精确焓。在此应注意的是：迄今为止尚无法在考虑温度变化的密度变化的情况下求解精确的三维、非线性和非稳态热传导方程。当今所使用的热传导方程并未考虑随温度变化的密度变化，仅仅大致近似于精确方程，且方程的解可能明显不同于精确解。但是使用具有全局精确质量和精确焓(如果观察整个连铸坯)的近似焓方程，可保证这些主要的热动力学状态变量符合精确值。