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方坯连续铸钢凝固过程数学模拟

宋美娟  
【摘要】: 随着连铸技术的发展,提高连铸坯产量和质量成为连铸技术研究的主要问题之一。近几年,高效连铸成为连铸发展的一个主要趋势。温度在铸坯凝固传热过程中备受关注,它关系着铸坯的质量和产量,决定高效连铸能否顺利进行。由于铸坯产品的质量与铸坯凝固过程密切相关,而连铸坯的凝固基本上是在二次冷却区内完成的,所以研究二冷热传输过程对了解铸坯凝固行为和保证铸坯质量也具有重要的意义。随着计算机技术的发展,数值模拟技术已成为研究连铸冷却过程的一种重要手段。 本文对连铸技术的发展历程进行归纳和总结,根据传热学基本原理和有限差分法,采用动态坐标系对连铸方坯的二维温度场进行了数值模拟,深入分析连铸坯凝固传热过程。 以当今流型的windows系统为平台,采用兼有C、C++特点的面向对象化的可视高级语言C#(C sharp)语言为软件开发工具,设计系统整体构架,开发了连铸方坯二维传热模型的求解程序。编写二冷区动态控制系统,实现离线仿真模拟和在线生产控制。仿真模拟的主要功能有:通过输入钢种、断面、拉速和目标温度等参数,可以模拟计算出生产坯壳的温度分布。在线控制系统主要功能有:以目标表面温度为约束,通过设备传回的浇注温度以及选定的断面,实时计算出二冷各段实际的水量,并记录水量历史曲线。 模型可以模拟计算出生产坯壳的温度分布、坯壳厚度和液芯长度;通过计算,得到了不同时刻铸坯横截面的温度场分布及铸坯凝固传热过程中不同拉速、过热度、冷却强度条件下,铸坯沿铸机方向上表面温度和铸坯厚度的变化规律。 本文综合了大量资料所提供的数据,公式等汇集为综合数据库,用户可以根据具体情况方便选取,当数据库内容不能满足使用要求时,可自己手动添加。这些也为连续铸钢数学模拟提供了重要的参考资料。 编写的控制与仿真系统实用可靠。通过验证,制定的数学模型具有较高的准确性。本研究将对提高铸机的铸坯质量和生产能力、开发的新钢种二冷配水方案设计、自主设计连铸机提供理论依据。


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