[发明专利]一种钢连铸结晶器喂包芯线及喂线过程的动态控制方法

摘要

一种钢连铸结晶器喂包芯线及喂线过程的动态控制方法，属于钢铁冶金连铸生产领域，钢连铸结晶器喂包芯线由外壳和内芯组成，采用钢连铸结晶器喂包芯线进行喂线过程的动态控制方法步骤包括(1)建立结晶器最佳喂线速度的数据库；(2)从数据库中调取喂线机的最佳喂线速度；(3)获得速度偏差值；(4)判断速度偏差δ是否为零；(5)喂线速度的动态控制；连铸生产过程中，钢液过热度和铸机拉坯速度受到生产节奏的影响，工艺参数时刻变化，本方法能够根据连铸工艺参数实时动态调整喂线速度，促进钢液达到较大的过冷度，从而增加液相穴晶粒形核，细化晶粒尺寸，改善两相区的补缩行为，达到降低铸坯中心偏析和疏松，稳定铸坯内部质量的目的。

主权项

一种钢连铸结晶器喂包芯线的喂线过程的动态控制方法，所述的钢连铸结晶器喂包芯线的组成成分及尺寸如下：包芯线的外壳：采用碳钢钢带，碳钢的液相线与浇注钢的液相线相差‑15～+5℃，厚度为0.1～0.5mm；其中，浇注钢为合金钢或高碳钢；包芯线的芯部：采用铝线，直径为5～10mm；其中，铝线材质为铝基合金或工业纯铝；当浇注钢中允许含有促进形核的溶质元素，铝线材质采用铝基合金，铝基合金中，除铝外的合金元素为钛、铌、钒、钼、钨、钽中的一种或几种，合金元素的质量百分含量为0.01～0.5％；当浇注钢中不允许含有促进形核的溶质元素，铝线材质采用工业纯铝；该钢连铸中喂包芯线过程的动态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立结晶器最佳喂线速度的数据库：步骤1.1，根据浇注钢液的密度、黏度、热导率、热焓和连铸结晶器尺寸，采用有限体积方法建立铸坯凝固传热数学模型，并对模型施加不同的传热边界条件：(1)水口壁面和钢渣界面导热较小，不考虑热量的散失，采用绝热边界条件：q＝0；(2)结晶器区连铸坯表面与结晶器铜板接触，采用热流边界条件：q＝2.68‑0.34(60z/vc)0.5；(3)连铸坯从结晶器拉出进入二冷区，对连铸坯表面进行喷水冷却，采用对流换热边界条件：q＝β(Tsur‑Twater)；式中：q是热流密度，W/m2；z是铸坯表面网格单元距钢渣界面的距离，m；vc是铸机拉坯速度，m/min；Tsur是连铸坯表面温度，K；Twater是冷却水的温度，K；β是对流换热系数，W/(m2·K)；通过数值模拟计算，获得在不同铸机拉坯速度和过热度条件下，浇注钢液凝固传热过程；其中，计算过程采用的公式为：式中：ρ是浇注钢液密度，kg/m3；t是瞬态时间，s；v是浇注钢液流动速度，m/s；P是 静压力，pa；μeff是浇注钢液的粘度，pa·s；Sm是动量源项，N/m3；h是浇注钢液的热焓，J/kg；keff是有效导热系数，W/(m·K)；T是铸坯温度，K；qm是热量源项，J/kg；步骤1.2，利用铸坯凝固传热数学模型中，不同铸机拉坯速度和过热度条件下，浇注钢液凝固传热过程，获得铸坯液相线距钢渣界面的距离；步骤1.3，通过包芯线的熔化实验，确定包芯线的在高温钢液中的熔化时间；其中，包芯线的熔化实验具体过程为：将盛有浇注钢液的坩埚放入电阻炉内，加热温度高于浇注钢液相线5℃并保温，将包芯线一端瞬时插入高温的浇注钢液面下2～3cm，并开始计时，一段时间后取出包芯线，观察包芯线的熔化情况，重复多次，直至插入钢液中的包芯线全部熔化时，确定为包芯线的在高温钢液中的熔化时间；步骤1.4，铸坯液相线距钢渣界面的距离，除以包芯线在高温钢液中的熔化时间，得到最佳的喂线速度vopt；步骤1.5，将浇注钢的成分、铸机拉坯速度、过热度和最佳喂线速度存储至计算机，进而建立数据库；步骤2，浇注钢液进入结晶器中，当铸机拉坯速度逐渐增大至设定值时，采用喂线机将包芯线以铸机拉坯速度从结晶器顶端插入至高温的钢液中；根据计算机实时采集的浇注钢成分、过热度、铸机拉坯速度，从数据库中调取喂线机的最佳喂线速度vopt；步骤3，根据从数据库中调取的最佳喂线速度vopt和当前喂线速度vnow对比，获得速度偏差值δ，δ＝vnow‑vopt；步骤4，判断速度偏差δ是否为零，是，则当前喂线速度为最佳喂线速度；否，则当前喂线速度不是最佳喂线速度，执行步骤5；步骤5，根据速度偏差值δ，通过PLC调整喂线机中变频电机转速，直至喂线速度达到最佳值，从而实现喂线速度的动态控制。