[发明专利]一种连铸板坯内部裂纹在线预测方法

权利要求书

1.一种连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于：将铸坯从结晶器弯月面到控制区末端划分为若干个切片，在忽略沿拉坯方向传热的基础上，建立每个切片的二维凝固传热的切片热跟踪模型；通过切片热跟踪模型对铸坯凝固过程进行动态跟踪，将所有切片连在一起动态描述整个铸流的温度场分布；根据温度场分布或铸坯凝固参数，通过鼓肚应变模型在线实时计算铸坯产生的鼓肚应变，同时设定铸坯的临界应变值作为产生内部裂纹的标准，当鼓肚应变超过铸坯临界应变值时，铸坯即发生内部裂纹。

2.根据权利要求1所述的连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于：上述方法具体包括如下步骤：

第一步：数据初始化过程：从一级计算机、二级计算机和三级计算机读取钢种信息、钢种物性参数、工艺参数、设备参数以及设定的模型计算参数；

第二步：将铸坯从结晶器弯月面到控制区末端划分为若干个切片，对于每个切片，以板坯宽度方向为X轴，厚度方向为Y轴，运动方向为Z轴建立坐标系，进而在忽略沿拉坯方向传热的基础上，建立每个切片的二维凝固传热的切片热跟踪模型；

第三步：动态跟踪每个切片，通过每个切片的独立信息单元在不同时刻随着工艺参数的实时变化，确定出每个切片在不同时刻下的凝固传热微分方程边界条件；对微分方程进行周期性求解，动态描述每个切片在不同时刻、不同位置处的温度场，将所有切片连在一起，动态描述整个铸流的温度场分布；所述独立信息包括切片的寿命、表面温度、坯壳厚度、位置；中包温度、温度场、固液相线位置和拉速。

热跟踪模型对所有切片的重要信息进行跟踪存储。计算程序内部为这些信息建立了专门的数据存储单元；

第四步：进行铸坯鼓肚应变形分析：将步骤三中切片热跟踪模型计算得到的铸坯温度场及坯壳厚度信息代入鼓肚应变模型中，计算当前切片所产生的鼓肚应变；

第五步：当鼓肚应变超过铸坯临界应变值时，系统即发出铸坯产生内部裂纹的预告；同时，将所有切片串起来，动态展现整个铸流的鼓肚应变情况。

3.根据权利要求1或2所述的连铸板坯内部裂纹在线预测方法，其特征在于：所述的切片热跟踪模型，按如下凝固传热微分方程表示：

ρc∂T∂t=λ∂2T∂x2+λ∂2T∂y2---(1)]]>

式中：ρ-钢的密度，kg/m³；

c-等效比热容，J/kg.K；

λ—导热系数，W/m.℃；

T—温度，K；

该模型中所需输入的将初始条件参数包括四种分别为：钢种和钢种参数；包含浇注温度、拉速、铸坯断面尺寸、二次各分区冷却水量、环境温度的工艺参数；包含铸机二冷分区、辊列布置、喷嘴布置的铸机结构参数；包含时间步长、空间步长、切片长度、计算周期的计算参数；

凝固初期整段钢坯的温度场均匀一致，都和浇铸温度相同；

铸坯凝固过程中依次经过结晶器，二冷区，空冷区，所有热量均由表面传出，各区的冷却条件不同，边界条件也不同；

结晶器内边界条件：

结晶器瞬时热流密度的表达式为：

q=A-Bt(W/m2)---(2)]]>

式中，A、B为常数，通常取A=2×10⁶~3×10⁶W/m²；B为气隙在结晶器高度方向上对热流密度q的影响；

由上式，得到结晶器的平均热流密度：

q‾=∫0tm(A-Bt)dttm=A-23Btm---(3)]]>

其中：tm=LmV×60---(4)]]>

式中，t_m为铸坯从弯月面至结晶器出口所需的时间，s；L_m为结晶器的长度，m；V为拉速，m/min；

冷却水带走的热量通过下式进行计算：

qw=ρw·Cw·ΔT·QwF---(5)]]>

式中，ρ_w为水的密度，1.0×10³kg/m³；C_w为水的比热，4.2×10³J/(kg·℃)；ΔT为结晶器冷却水温差，℃；Q_w为结晶器冷却水流量，m³/s；F为铸坯与结晶器接触面积，m²；

由计算出B，进而得到结晶器瞬时热流密度的表达式作为结晶器内微分方程边界条件；

二冷区，采用第三类边界条件来计算其热流密度，如下式所示：

q₂=h(T_s-T_w)      （6）

式中，h为喷水冷却传热系数，W/(m²·℃)；T_s为铸坯表面温度，℃；T_w为喷淋冷却水温度，℃；

h=A+BWⁿ      （7）

式中A、B、n均为经验常数，通过实验测试并由现场实测修正得出，w为水流密度，L/(m²·s)；

空冷区，表面热流密度按下式确定：

q_k=εσ[(T_b+273)⁴-(T_a+273)⁴]      （8）

式中ε—铸坯表面黑度，一般取0.8；

σ—波尔兹曼常数,W/m².k⁴，取5.67×10^-8；

T_a—环境温度,℃；

T_b—铸坯表面温度,℃；

将初始条件及边界条件代入基于铸机结构参数和工艺条件而建立的凝固传热微分方程（1），同时进行时间、空间步长划分，并对凝固传热方程进行求解得到铸坯的凝固参数。