[发明专利]一种异型坯结晶器翼梢铜板锥度的确定方法

摘要

一种异型坯结晶器翼梢铜板锥度的确定方法，属于炼钢近终形连铸技术领域。包括获取异型坯断面尺寸与结晶器铜板结构参数异型坯连铸机断面尺寸范围为295mm×205mm×85mm～430mm×300mm×85mm；采用有限元商业软件建立连铸异型坯结晶器内铸坯变形行为研究的2D热‑力耦合分析模型；通过条件公式计算后提取翼梢表面中心节点在厚度方向位移距离，作为结晶器铜板锥度的设置依据。优点在于，方便、有效的设计异型坯结晶器翼梢铜板锥度，减小铸坯缺陷，提高铸坯内部质量及成材率，经济高效，增强产品的市场竞争力。

主权项

一种异型坯结晶器翼梢铜板锥度的确定方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：1)获取异型坯断面尺寸与结晶器铜板结构参数：异型坯连铸机断面尺寸范围为295mm×205mm×85mm～430mm×300mm×85mm；结晶器由内弧铜板、外弧铜板以及两侧铜板构成，铜板厚度45～60mm；2)采用有限元商业软件建立连铸异型坯结晶器内铸坯变形行为研究的2D热‑力耦合分析模型，分析铸坯在结晶器内的凝固收缩行为；其计算对象包括铸坯和结晶器铜板，二者间的界面接触状态和界面热阻根据铸坯与结晶器热面铜板的实际位置关系进行判定与计算，根据实际结晶器一冷工艺，温度场和应力场的计算相互耦合，交替进行，直到所模拟铸坯出结晶器出口；界面接触状态，通过铸坯表面节点与结晶器表面间距离判断；本模型中，铸坯为可变形体，铜板为刚性体，为防止铸坯表面节点穿越铜板壁面，对其施加如下约束条件：u→A⊗n→≤D]]>其中，为铸坯表面节点A的位移向量，为铜板在A点处表面的单位法向量，为向量点乘符，D为铸坯和铜板之间的接触容限；界面热阻包括铜板表面对流换热、气隙内热传导、渣膜内热传导、坯壳与渣膜间的界面传热、以及热辐射；坯壳与铸坯表面间界面总换热系数hf按照下式确定：hf=1R1+R2+R3+R4+hrad]]>上式中，hrad为坯壳和铜壁间的辐射传热系数，按照下式确定：hrad=σSB·ϵ·(Tb+Tm-in)(Tb2+Tm-in2)]]>其中，σSB为Stefan－Boltzsman常数，ε为辐射系；Tb为坯壳表面温度，Tm‑in铜板热面温度:R1为铜板表面处与保护渣间的接触热阻:R1=1kmf]]>其中hmf为铜板表面处的对流换热系数；R2为气隙内的热阻；R2=dairKair]]>其中Kair为气隙内空气的导热系数，dair为气隙宽度，其值根据应力场计算结果，由变形后的坯壳形状和当前结晶器壁面位置共同决定；R3为渣膜内的热阻；R3=dfluxKflux]]>其中Kflux为保护渣导热系数，dflux为渣膜厚度；R4铸坯表面与保护渣间的接触热阻；R4=1hbf]]>其中，hbf为坯壳表面处的换热系数，其值取决于铸坯表面温度；所述结晶器一冷工艺在模型中通过结晶器铜板外表面与冷却水进行对流换热，其热流可表示为：Q＝hw·(TM‑out‑Tw)上式中，Q为铜板与结晶器冷却水接触面热流密度，Tw为结晶器冷却水温度，TM‑out为铜板外表面温度，hw为铜板和冷却水界面的对流换热系数，按照下面的无量纲方程来确定：hw·DHkw=0.023·(ρwuwDHμw)0.8(CPwμwkw)0.4]]>其中，DH为冷却水缝的水力学直径，kw为冷却水导热系数，ρw为冷却水密度，uw冷却水流速，CPw冷却水比热；3)提取翼梢表面中心节点在厚度方向位移距离，作为结晶器铜板锥度的设置依据。