一種基于受力分析預(yù)測連鑄坯初始裂紋的方法
【專利摘要】一種基于受力分析預(yù)測連鑄坯初始裂紋的方法，包括：確定振動結(jié)晶器內(nèi)彎月面垂直拉坯方向的初凝坯殼載荷；確定初凝坯殼材料力學(xué)參數(shù)，包括簡支梁彎矩、簡支梁橫截面慣性力矩、簡支梁橫截面處彎曲應(yīng)力；確定鋼種高溫臨界斷裂強(qiáng)度；進(jìn)行連鑄坯初始裂紋預(yù)測：若簡支梁橫截面彎曲應(yīng)力值大于得到的鋼種高溫臨界斷裂強(qiáng)度，則垂直拉坯方向的初凝坯殼載荷突破其自身強(qiáng)度，當(dāng)前連鑄坯彎月面初凝坯殼產(chǎn)生初始裂紋，否則，當(dāng)前連鑄坯彎月面初凝坯殼沒有產(chǎn)生初始裂紋。本發(fā)明是將結(jié)晶器振動效果轉(zhuǎn)化為坯殼所受彎曲應(yīng)力，為分析坯殼裂紋形成提供了新的思路，便捷、有效地對連鑄坯初始裂紋形成的可能性做出初步判斷。
【專利說明】一種基于受力分析預(yù)測連鑄坯初始裂紋的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼鐵冶金連鑄過程質(zhì)量控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于受力分析預(yù) 測連鑄坯初始裂紋的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 連鑄坯裂紋是影響鋼鐵產(chǎn)品最終質(zhì)量的主要缺陷，不僅增加后續(xù)清理工序，降低 金屬收得率，還可能導(dǎo)致鑄坯和軋材報廢，甚至引發(fā)漏鋼事故。連鑄振動結(jié)晶器內(nèi)彎月面初 始凝固區(qū)域是坯殼裂紋等系列缺陷的發(fā)源地，初凝坯殼所承受的復(fù)雜的機(jī)械力是誘發(fā)初始 裂紋形成的因素之一。通過弄清振動結(jié)晶器凝固過程中坯殼的受力狀態(tài)可判斷裂紋形成的 可能性，例如坯殼承受應(yīng)力超過該溫度臨界強(qiáng)度則會有可能產(chǎn)生初始裂紋，而這些初始裂 紋又會在后續(xù)拉坯、矯直和軋制等工序中進(jìn)一步擴(kuò)展，最終形成產(chǎn)品缺陷。因此，探究結(jié)晶 器初凝坯殼力學(xué)狀態(tài)，并提出評判方法，對降低坯殼裂紋產(chǎn)生具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003] 目前，初凝坯殼因機(jī)械振動而產(chǎn)生裂紋機(jī)理的研究中僅定性闡述坯殼受保護(hù)渣道 壓力、鋼水靜壓力及摩擦力等的綜合作用，如文獻(xiàn)《軟接觸結(jié)晶器電磁連鑄保護(hù)渣道的動態(tài) 壓力》及《高拉速下連鑄坯振痕形成機(jī)理及振動參數(shù)優(yōu)化》研究了渣道壓力等變化對鋼液彎 月面的擾動影響，坯殼作用載荷減小時，初始凝固過程的穩(wěn)定性得以提高，彎月面波動行為 減弱，鑄坯表面振痕減輕，坯殼裂紋等缺陷的發(fā)生幾率也相應(yīng)降低。連鑄過程中，結(jié)晶器的 振動行為在防止坯殼粘結(jié)和改善鑄坯表面質(zhì)量的同時也對坯殼的凝固過程有著重要影響， 而現(xiàn)有相關(guān)研究并未充分考慮結(jié)晶器的振動行為對坯殼初始裂紋的作用。由于結(jié)晶器內(nèi)存 在著復(fù)雜的熱一力作用，坯殼質(zhì)量問題的產(chǎn)生只能在完成冷卻凝固過程結(jié)束后才能檢測得 知。因此，如何引入結(jié)晶器的振動行為并結(jié)合彎月面初凝坯殼實際，分析坯殼裂紋的形成可 能，提前采取相應(yīng)合理設(shè)備及工藝減少和防止此類行為的發(fā)生便顯得尤為重要。判斷坯殼 裂紋的形成需要分析其受力是否達(dá)到臨界斷裂條件，簡單的定性分析并不能真實反映坯殼 的力學(xué)狀態(tài)，而現(xiàn)有研究仍缺乏一種有效、便捷的坯殼裂紋形成的判斷方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于受力分析預(yù)測連鑄坯初始裂紋的 方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] -種基于受力分析預(yù)測連鑄坯初始裂紋的方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :在連鑄過程中，確定振動結(jié)晶器內(nèi)彎月面垂直拉坯方向的初凝坯殼載荷， 包括鋼水靜壓力和結(jié)晶器振動引起的渣道壓力；
[0008] 步驟2 :根據(jù)垂直拉坯方向的初凝坯殼載荷確定初凝坯殼材料力學(xué)參數(shù)，包括簡 支梁彎矩、簡支梁橫截面慣性力矩、簡支梁橫截面處彎曲應(yīng)力；
[0009] 步驟3 :確定鋼種高溫臨界斷裂強(qiáng)度；
[0010] 步驟4:將簡支梁橫截面彎曲應(yīng)力值與得到的鋼種高溫臨界斷裂強(qiáng)度相比較，進(jìn) 行連鑄坯初始裂紋預(yù)測：若簡支梁橫截面彎曲應(yīng)力值大于得到的鋼種高溫臨界斷裂強(qiáng)度， 則垂直拉坯方向的初凝坯殼載荷突破其自身強(qiáng)度，當(dāng)前連鑄坯彎月面初凝坯殼產(chǎn)生初始裂 紋，否則，當(dāng)前連鑄坯彎月面初凝坯殼沒有產(chǎn)生初始裂紋。
[0011] 步驟2所述的確定初凝坯殼材料力學(xué)參數(shù)，具體步驟如下：
[0012] 步驟2. 1 :確定簡支梁彎矩；
[0013] 結(jié)合實際的結(jié)晶器彎月面初凝坯殼，對初凝坯殼建立簡支梁力學(xué)模型，計算簡支 梁所受彎矩，公式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于受力分析預(yù)測連鑄坯初始裂紋的方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1 :在連鑄過程中，確定振動結(jié)晶器內(nèi)彎月面垂直拉坯方向的初凝坯殼載荷，包括 鋼水靜壓力和結(jié)晶器振動引起的渣道壓力； 步驟2 :根據(jù)垂直拉坯方向的初凝坯殼載荷確定初凝坯殼材料力學(xué)參數(shù)，包括簡支梁 彎矩、簡支梁橫截面慣性力矩、簡支梁橫截面處彎曲應(yīng)力； 步驟3 :確定鋼種高溫臨界斷裂強(qiáng)度； 步驟4:將簡支梁橫截面彎曲應(yīng)力值與得到的鋼種高溫臨界斷裂強(qiáng)度相比較，進(jìn)行連 鑄坯初始裂紋預(yù)測：若簡支梁橫截面彎曲應(yīng)力值大于得到的鋼種高溫臨界斷裂強(qiáng)度，則垂 直拉坯方向的初凝坯殼載荷突破其自身強(qiáng)度，當(dāng)前連鑄坯彎月面初凝坯殼產(chǎn)生初始裂紋， 否則，當(dāng)前連鑄坯彎月面初凝坯殼沒有產(chǎn)生初始裂紋。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于受力分析預(yù)測連鑄坯初始裂紋的方法，其特征在于：步 驟2所述的確定初凝坯殼材料力學(xué)參數(shù)，具體步驟如下： 步驟2. 1 :確定簡支梁彎矩； 結(jié)合實際的結(jié)晶器彎月面初凝坯殼，對初凝坯殼建立簡支梁力學(xué)模型，計算簡支梁所 受彎矩，公式如下：
式中，M(X)為簡支梁X點橫截面彎矩，N · m ;χκ為合力作用線位置；b為彎月面初凝坯 殼寬度，即簡支梁橫截面寬度，m ; 步驟2. 2 :根據(jù)簡支梁橫截面寬度和簡支梁橫截面高度確定簡支梁橫截面慣性力矩； 步驟2. 3 :根據(jù)簡支梁彎矩和簡支梁橫截面慣性力矩確定簡支梁橫截面處彎曲應(yīng)力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于受力分析預(yù)測連鑄坯初始裂紋的方法，其特征在于：所 述的步驟3是根據(jù)鋼種的成分信息確定鋼種高溫臨界斷裂強(qiáng)度。
【文檔編號】G06F19/00GK104392107SQ201410604899
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】孟祥寧, 朱苗勇, 林仁敢, 楊杰 申請人:東北大學(xué)