連鑄用電磁攪拌控制方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及連鑄領域，更加具體地，設及一種連鑄用電磁攬拌控制方法及系統。
【背景技術】
[0002] 在連鑄過程中，如圖1所示，鋼水從鋼包1和中間包2通過結晶器3 -次冷卻結 晶后形成外殼凝固中屯、為鋼液的鑄巧100并從結晶器3下口拉出，在結晶器3內形成鋼水 液面30 (彎月面）。鑄巧100從結晶器下口拉出后，在二冷區進行二次冷卻，經過拉矯漉列 (注意，圖中只示出了一部分拉矯漉）的矯直后，通過切前漉道到達火切機4進行鑄巧切割， 其中，二冷區是指結晶器W下到切割漉道4前的區域。在上述過程中，鑄流在外界冷卻作用 下，從外向內不斷凝固，產生的凝固收縮量由中屯、可W流動的自由鋼液補充進來，但是在凝 固末期，由于鋼液在類似多空介質的兩相區中流動阻力的增加，凝固收縮量無法得到及時 補償，形成的壓降將導致鑄巧中屯、附近枝晶間的富集偏析元素鋼液向中屯、流動、匯集并最 終凝固，從而形成中屯、宏觀偏析，同時得不到補償的凝固收縮量將最終形成中屯、疏松。
[0003] 鋼巧在連鑄凝固過程中產生的中屯、偏析和中屯、疏松，對產品性能危害很大，惡化 了鋼的沖擊初性，特別是低溫沖擊初性W及產品的抗疲勞性能和焊接性能；嚴重的中屯、偏 析和中屯、疏松還可引起中屯、裂紋和縮孔，已成為提高鑄巧質量的制約因素之一。
[0004] 為了改善鑄巧的內部質量，減少中屯、偏析和中屯、疏松，提出了"末端電磁攬拌"技 術，即，通過在鑄機二冷結束位置，施加行波磁場來促進鋼液旋流，折斷鑄巧凝固末端凝固 狀前沿的柱狀晶，并將其破碎成小顆粒，W便形成等軸晶，細化組織，從而提高鑄巧內部質 量，如圖1所示，在連鑄機二冷區結束位置安裝電磁攬拌裝置200 (例如，攬拌器）。但是， 電磁攬拌裝置200安裝位置有一定要求，鑄巧的液忍厚度占鑄巧厚度的30~55%的位置 為最佳攬拌位置。然而，目前末端攬拌器安裝在一個固定的位置，當鋼種、拉速或水量等因 素變化時，該攬拌器并不能滿足上述最佳攬拌位置要求，導致末端電磁攬拌對鑄巧內部質 量的改善不佳，鑄巧產生嚴重的鑄巧疏松、縮孔和偏析，例如，鋼種、拉速或水量等因素變化 時，其安裝攬拌器位置處的液忍厚度會產生較大變化，極有可能不在鑄巧厚度的30~55% 范圍內，達不到減少中屯、偏析和中屯、疏松的效果。 陽0化]申請號為201110434639. 7,發明名稱為"一種提高鑄巧末端電磁攬拌強度的方法" 的發明專利公開了一種在連鑄巧末端安裝電磁攬拌裝置，通過調節二冷各段配水水量，使 該處鑄巧表面溫度Ti〉=Tg,使得末端電磁攬拌強度最大的方法。
[0006] 但是，該專利公開的方法電磁攬拌裝置的位置依然是固定的，就改善鑄巧內部質 量而言，該方法具有W下幾個缺點：
[0007] 第一，電磁強度大并不一定能改善鑄巧內部質量，因為過大的攬拌強度反而易導 致鑄巧白亮帶組織，影響社材性能；
[0008] 第二，鋼種不同，若液相線相差過大，或者拉速變化大時，在需要保證鑄巧質量的 前提下，僅僅通過調整二冷水量，不能滿足安裝電磁攬拌處的鑄巧表面溫度要求；
[0009] 第=，在連鑄生產過程中，有的鋼種其二冷水量是不能隨意調整，該專利公開的方 法不能實施。
【發明內容】
[0010] 本發明是為了解決現有技術中存在的上述技術問題而做出，其目的在于提供一種 適應各鋼種和各種工藝條件的改善鑄巧內部質量的連鑄用電磁攬拌控制方法及系統。
[0011] 根據本發明的一個方面，提供一種連鑄用電磁攬拌控制方法，包括構建溫度場計 算模型；通過構建的溫度場計算模型追蹤鑄巧巧殼凝固率；根據鑄巧巧殼凝固率確定攬拌 位置，其中，所述攬拌位置為鑄巧巧殼凝固率為45 %至70 %的位置；將電磁攬拌裝置移動 到上述攬拌位置，對該位置的鑄巧施加電磁場。
[0012] 根據本發明的另一個方面，提供一種連鑄用電磁攬拌控制系統，包括電磁攬拌裝 置，對鑄巧施加電磁場，其中，該連鑄用電磁攬拌控制系統還包括：輸入單元，用于輸入連鑄 生產的工藝參數；模型構建單元，構建溫度場計算模型；跟蹤單元，根據輸入單元輸入的工 藝參數和模型構造單元構造的溫度場計算模型追蹤鑄巧巧殼凝固率；確定單元，將跟蹤單 元得到的鑄巧巧殼凝固率為45%至70%的位置確定為攬拌位置；移動裝置，將電磁攬拌裝 置移動到確定單元確定的攬拌位置。
[0013] 本發明所述連鑄用電磁攬拌控制方法及裝置將鑄巧實時溫度場計算模型、末端電 磁攬拌裝置及其移動裝置結合起來，不管是鋼種發生變化，還是拉速發生變化，W及二冷水 量發生變化，均能實現鑄巧巧殼凝固率的實時準確追蹤，保證在最佳攬拌位置對鑄巧施加 電磁場，有效減少中屯、疏松和中屯、偏析，提高了鑄巧內部質量。
【附圖說明】
[0014] 通過參考W下結合附圖的說明及權利要求書的內容，本發明的其它目的及結果將 更加明白及易于理解。在附圖中：
[0015]圖1是現有技術采用電磁攬拌技術生產鑄巧的示意圖；
[0016] 圖2是本發明連鑄用電磁攬拌控制方法的流程圖；
[0017]圖3是本發明連鑄用電磁攬拌控制方法中構建溫度場計算模型的方法的流程圖；
[0018] 圖4是本發明連鑄用電磁攬拌控制方法中構建鑄巧凝固傳熱模型的坐標系的示 意圖；
[0019] 圖5是本發明通過構建的溫度場計算模型追蹤鑄巧巧殼凝固率方法的流程圖；
[0020] 圖6是本發明連鑄用電磁攬拌控制系統的構成框圖；
[0021] 圖7是本發明連鑄用電磁攬拌控制系統中移動裝置的示意圖；
[0022] 圖8a和8b是根據本發明連鑄用電磁攬拌控制方法及裝置一個實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 在下面的描述中，出于說明的目的，為了提供對一個或多個實施例的全面理解，闡 述了許多具體細節。然而，很明顯，也可W在沒有運些具體細節的情況下實現運些實施例。 在其它例子中，為了便于描述一個或多個實施例，公知的結構和設備W方框圖的形式示出。
[0024] 下面將參照附圖來對根據本發明的各個實施例進行詳細描述。
[00對圖2是本發明連鑄用電磁攬拌控制方法的流程圖，如圖2所示，所述連鑄用電磁攬 拌控制方法包括：
[00%] 在步驟S210中，構建溫度場計算模型，其具體過程將在圖3的描述中進行詳細說 明；
[0027] 構建了溫度場計算模型W后，在步驟S220中，通過構建的溫度場計算模型追蹤鑄 巧巧殼凝固率，具體地，將在圖5的描述中進行詳細說明；
[0028] 得到實時的鑄巧巧殼凝固率W后，在步驟S230中，根據鑄巧巧殼凝固率確定攬拌 位置，其中，所述攬拌位置為鑄巧巧殼凝固率為45 %至70 %的位置；
[0029] 確定了攬拌位置W后，在步驟S240中，將電磁攬拌裝置移動到上述攬拌位置，對 該位置的鑄巧施加電磁場。
[0030] 上述連鑄用電磁攬拌控制方法采用溫度場追蹤鑄巧巧殼凝固率確定攬拌位置和 將攬拌裝置移動到該攬拌位置相結合的電磁攬拌控制方法，保證在最佳攬拌位置對鑄巧施 加電磁場，減少了鑄巧的疏松、縮孔、偏析等鑄巧內部質量缺陷，改善鑄巧內部質量，達到提 高成材率和產品質量，減少廢巧的目的。
[0031]圖3是本發明連鑄用電磁攬拌控制方法中構建溫度場計算模型的方法的流程圖， 如圖3所示，所述構建溫度場計算模型包括：
[0032] 首先，在步驟S310中，建立鑄巧凝固傳熱模型，圖4示出了鑄巧凝固傳熱模型的坐 標系，Z方向為拉巧方向，由于拉巧方向上的溫度梯度變化不大，忽略拉巧方向中的熱擴散 效應，采用鑄巧二維非穩態傳熱拉格朗日（Lagrangian)微分方程描述鑄巧凝固傳熱模型：
[0033]
[0034] 其中，P是鋼液固相和液相密度，t是時間，T溫度，H是熱洽，單位KJ. kg1;;CP 是比熱，單位J. kgI.°C1，A是導熱系數，單位w.ml.°C1。
[0035] 然后，在步驟S320中，設定上述鑄巧凝固傳熱模型求解過程中的假設條件，其中， 所述假設條件包括：1)通過放大導熱系數方法來體現鋼液在結晶器內的強烈流動對傳熱 的影響；2)鋼液固相和液相密度視為常數P;3)熱物性參數，導熱系數A、比熱Cp均視 為溫度的函數；4)將合金的凝固溫度視為常數，凝固開始的溫度為液相線溫度Tl,凝固結束 的溫度為固相線溫度L，Tl和Tg由合金成分確定。
[0036] 設定了鑄巧凝固傳熱模型求解過程中的假設條件后，在步驟S330中，設定鑄巧凝 固傳熱模型的初始條件和邊界條件，其中，
[0037] 初始條件為：結晶器彎月面鋼水溫度與誘鑄溫度相同，取中包溫度；
[0038] 結晶器段邊界條件為：
[0039] -AV7'.n=f W40] 其中，n是鑄巧表面的外法線方向；q是熱流密度，單位W/m2;
[0041]二冷段邊界條件為：-ivr?n'= //(r-r,)
[00創其中，T"為環境溫度，h為鑄巧表面與周圍環境的傳熱系數，單位KW.m2.°CU=a+b/，其中，a和b是常數，W是水流密度，單位為I.m2.SI,指數C取值0. 4至0. 7。
[0043] 圖5是本發明通過構建的溫度場計算模型追蹤鑄巧巧殼凝固率方法的流程圖，如 圖5所示，所述通過構建的溫度場計算模型追蹤鑄巧巧殼凝固率方法包括：
[0044] 首先，在步驟S510中，根據連鑄生產的工藝參數和溫度場計算模型，實時計算鑄 巧的溫度分布，其中，工藝參數為連鑄生產鋼種、中包溫度、拉巧速度、斷面尺寸、過熱度、結 晶器水量、結晶器水溫差、二冷各區水量、鑄巧總厚度等；
[0045] 得到鑄巧的溫度分布情況后，在步驟S520中，根據鑄巧厚度方向的溫度分布情 況，利用鋼種的液相溫度和固相溫度確定鑄巧凝固殼厚度，具體地，首選根據鋼種中各 兀素的含重確定鋼種的液相線溫度Tl和固相線溫度TS，其中，鋼種的液相線溫度Ti= 1599°C-107*( % 0-26. 6*( %Si)-6