[发明专利]连铸异形坯坯头温度模拟方法

权利要求书

1.一种连铸异形坯坯头温度模拟方法，其特征在于，将水冷铜结晶器、内冷铁、铸坯、引锭头、结晶器冷却水和空气作为一个系统，建立相互之间的温度计算模型，包括以下步骤：

S1，建立异形坯坯头温度计算模型，包括材料：结晶器铜板、内冷铁、铸坯、引锭头、结晶器冷却水和空气；

S2，对异形坯坯头温度模型划分正交网格单元，将结晶器铜板、内冷铁、铸坯、引锭头、结晶器冷却水和空气分别划分成连续且互不重叠的正交网格单元，并为各材料的网格单元编号，同一材料的网格单元编号相同，并且，在拉坯方向上采用等距网格，结晶器和铸坯的正交网格层层对应，与冷却水、空气的网格单元中任一种相邻的网格单元为边界单元；

S3，设定包括密度ρ、比热c和导热系数λ物性参数，设定传热边界条件；

S4，模拟连铸过程，按照三个阶段进行模拟，其中，第一阶段的时间间隔为：从钢水开始注入结晶器，直至液面上升到形成弯月面位置的时间，将第一阶段的时间等分形成均匀的时间步长，对应每个时间步长逐层将结晶器内的空气的网格单元编号置换为铸坯的网格单元编号，并在每填充一层网格单元后计算一次整个系统的温度场；

第二阶段是钢水液面到达弯月面位置以后，启动铸机进行连续浇注，铸坯网格单元逐层沿拉坯方向前进，使得每个时间步长沿拉坯方向前进一个网格单元，并将最上面空出来的网格单元设置为新浇铸的铸坯单元，其温度设置为浇铸钢水的温度，拉出结晶器的铸坯单元的传热边界条件由铸坯单元到弯月面的距离来设定，铸坯单元在二冷区的热交换系数与喷水的水流密度相关，每前进一层网格单元计算一次整个系统的温度场；

第三阶段，从铸坯长度达到设定长度到坯头移出铸机的阶段，铸坯网格单元逐层沿拉坯方向前进，使得每个时间步长沿拉坯方向前进一个网格单元，但是在顶面不增加新的铸坯单元，拉出结晶器的铸坯单元的传热边界条件由铸坯单元到弯月面的距离来设定，每前进一层网格单元计算一次温度场。

2.根据权利要求1所述的连铸异形坯坯头温度模拟方法，其特征在于，采用有限体积法计算坯头的温度场，三维铸坯凝固传热的微分方程如下：

其中，ρ为材料的密度；

c为材料的比热；

λ为材料的导热系数；

L为钢的凝固潜热；

f_s为钢的固相率；

T为温度；

t为时间；

x、y、z为所建立的系统笛卡尔坐标，对于非钢材料，不存在凝固潜热释放，则忽略传热方程右端最后一项。

3.根据权利要求1所述的连铸异形坯坯头温度模拟方法，其特征在于，铸坯拉出结晶器达到设定长度后，铸坯顶面设为绝热边界，在顶面设置一层属性为绝热材料的网格单元，使得顶面的铸坯单元与实际上存在的连铸坯隔绝开，不再产生热量传递。

4.根据权利要求1所述的连铸异形坯坯头温度模拟方法，其特征在于，

通过与实测温度相比较，反复修正二冷区的热交换系数，直至与实测温度的误差达到设定阈值，其中，选取横断面上R圆角C、窄面表面中心B和腹板表面中心A的模拟温度来与对应点的实测温度值比较。

5.根据权利要求1所述的连铸异形坯坯头温度模拟方法，其特征在于，

铸坯与二冷区的冷却水的二冷换热系数通过以下方式确定：选取异形坯横断面上的腹板表面中心A、窄面表面中心B和横断面上R圆角C三个点为异形坯横断面上的特征点，通过实际测量这三个点的温度，结合二冷区实时的喷淋冷却水的水流密度数据，根据传热计算的求解，获得二冷区的喷水水流密度与热交换系数的关系。