一种基于受力分析预测连铸坯初始裂纹的方法
【专利摘要】一种基于受力分析预测连铸坯初始裂纹的方法，包括：确定振动结晶器内弯月面垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷；确定初凝坯壳材料力学参数，包括简支梁弯矩、简支梁横截面惯性力矩、简支梁横截面处弯曲应力；确定钢种高温临界断裂强度；进行连铸坯初始裂纹预测：若简支梁横截面弯曲应力值大于得到的钢种高温临界断裂强度，则垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷突破其自身强度，当前连铸坯弯月面初凝坯壳产生初始裂纹，否则，当前连铸坯弯月面初凝坯壳没有产生初始裂纹。本发明是将结晶器振动效果转化为坯壳所受弯曲应力，为分析坯壳裂纹形成提供了新的思路，便捷、有效地对连铸坯初始裂纹形成的可能性做出初步判断。
【专利说明】一种基于受力分析预测连铸坯初始裂纹的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢铁冶金连铸过程质量控制【技术领域】，特别涉及一种基于受力分析预 测连铸坯初始裂纹的方法。
【背景技术】
[0002] 连铸坯裂纹是影响钢铁产品最终质量的主要缺陷，不仅增加后续清理工序，降低 金属收得率，还可能导致铸坯和轧材报废，甚至引发漏钢事故。连铸振动结晶器内弯月面初 始凝固区域是坯壳裂纹等系列缺陷的发源地，初凝坯壳所承受的复杂的机械力是诱发初始 裂纹形成的因素之一。通过弄清振动结晶器凝固过程中坯壳的受力状态可判断裂纹形成的 可能性，例如坯壳承受应力超过该温度临界强度则会有可能产生初始裂纹，而这些初始裂 纹又会在后续拉坯、矫直和轧制等工序中进一步扩展，最终形成产品缺陷。因此，探究结晶 器初凝坯壳力学状态，并提出评判方法，对降低坯壳裂纹产生具有重要的现实意义。
[0003] 目前，初凝坯壳因机械振动而产生裂纹机理的研究中仅定性阐述坯壳受保护渣道 压力、钢水静压力及摩擦力等的综合作用，如文献《软接触结晶器电磁连铸保护渣道的动态 压力》及《高拉速下连铸坯振痕形成机理及振动参数优化》研究了渣道压力等变化对钢液弯 月面的扰动影响，坯壳作用载荷减小时，初始凝固过程的稳定性得以提高，弯月面波动行为 减弱，铸坯表面振痕减轻，坯壳裂纹等缺陷的发生几率也相应降低。连铸过程中，结晶器的 振动行为在防止坯壳粘结和改善铸坯表面质量的同时也对坯壳的凝固过程有着重要影响， 而现有相关研究并未充分考虑结晶器的振动行为对坯壳初始裂纹的作用。由于结晶器内存 在着复杂的热一力作用，坯壳质量问题的产生只能在完成冷却凝固过程结束后才能检测得 知。因此，如何引入结晶器的振动行为并结合弯月面初凝坯壳实际，分析坯壳裂纹的形成可 能，提前采取相应合理设备及工艺减少和防止此类行为的发生便显得尤为重要。判断坯壳 裂纹的形成需要分析其受力是否达到临界断裂条件，简单的定性分析并不能真实反映坯壳 的力学状态，而现有研究仍缺乏一种有效、便捷的坯壳裂纹形成的判断方法。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于受力分析预测连铸坯初始裂纹的 方法。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] -种基于受力分析预测连铸坯初始裂纹的方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1 :在连铸过程中，确定振动结晶器内弯月面垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷， 包括钢水静压力和结晶器振动引起的渣道压力；
[0008] 步骤2 :根据垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷确定初凝坯壳材料力学参数，包括简 支梁弯矩、简支梁横截面惯性力矩、简支梁横截面处弯曲应力；
[0009] 步骤3 :确定钢种高温临界断裂强度；
[0010] 步骤4:将简支梁横截面弯曲应力值与得到的钢种高温临界断裂强度相比较，进 行连铸坯初始裂纹预测：若简支梁横截面弯曲应力值大于得到的钢种高温临界断裂强度， 则垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷突破其自身强度，当前连铸坯弯月面初凝坯壳产生初始裂 纹，否则，当前连铸坯弯月面初凝坯壳没有产生初始裂纹。
[0011] 步骤2所述的确定初凝坯壳材料力学参数，具体步骤如下：
[0012] 步骤2. 1 :确定简支梁弯矩；
[0013] 结合实际的结晶器弯月面初凝坯壳，对初凝坯壳建立简支梁力学模型，计算简支 梁所受弯矩，公式如下：
【权利要求】
1. 一种基于受力分析预测连铸坯初始裂纹的方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1 :在连铸过程中，确定振动结晶器内弯月面垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷，包括 钢水静压力和结晶器振动引起的渣道压力； 步骤2 :根据垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷确定初凝坯壳材料力学参数，包括简支梁 弯矩、简支梁横截面惯性力矩、简支梁横截面处弯曲应力； 步骤3 :确定钢种高温临界断裂强度； 步骤4:将简支梁横截面弯曲应力值与得到的钢种高温临界断裂强度相比较，进行连 铸坯初始裂纹预测：若简支梁横截面弯曲应力值大于得到的钢种高温临界断裂强度，则垂 直拉坯方向的初凝坯壳载荷突破其自身强度，当前连铸坯弯月面初凝坯壳产生初始裂纹， 否则，当前连铸坯弯月面初凝坯壳没有产生初始裂纹。
2. 根据权利要求1所述的基于受力分析预测连铸坯初始裂纹的方法，其特征在于：步 骤2所述的确定初凝坯壳材料力学参数，具体步骤如下： 步骤2. 1 :确定简支梁弯矩； 结合实际的结晶器弯月面初凝坯壳，对初凝坯壳建立简支梁力学模型，计算简支梁所 受弯矩，公式如下：
式中，M(X)为简支梁X点横截面弯矩，N · m ;χκ为合力作用线位置；b为弯月面初凝坯 壳宽度，即简支梁横截面宽度，m ; 步骤2. 2 :根据简支梁横截面宽度和简支梁横截面高度确定简支梁横截面惯性力矩； 步骤2. 3 :根据简支梁弯矩和简支梁横截面惯性力矩确定简支梁横截面处弯曲应力。
3. 根据权利要求1所述的基于受力分析预测连铸坯初始裂纹的方法，其特征在于：所 述的步骤3是根据钢种的成分信息确定钢种高温临界断裂强度。
【文档编号】G06F19/00GK104392107SQ201410604899
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】孟祥宁, 朱苗勇, 林仁敢, 杨杰 申请人:东北大学