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基于传热反问题模型的薄板坯结晶器传热研究

罗存阳  
【摘要】:薄板坯连铸是目前钢铁工业应用广泛的近终形连铸工艺之一,其具有能耗低、投资省、生产成本低等优点。但由于铸机拉速高、结晶器内热流密度大以及拉坯方向铸坯厚度变化大等特点,薄板坯连铸过程中易出现表面纵裂。研究表明,薄板坯表面质量与结晶器内的热流分布和钢液凝固状态密切相关。目前,数值模拟在连铸过程研究中被广泛应用,模拟结果的准确性依赖于铸坯和结晶器间热边界条件的准确性,但实际生产过程中,由于检测手段的局限性,很难直接获得准确的热流边界条件。根据结晶器内热电偶实测温度信息,采用传热反问题方法是计算铸坯和结晶器间准确热流边界条件的重要手段。建立薄板坯结晶器铜板的二维稳态传热正问题数学模型,采用元体平衡法建立映射网格的差分方程。利用MATLAB编程求解差分方程并与ANSYS计算得到的结晶器铜板温度场分布进行对比,验证了所建立数学模型的准确性。对实测温度数据进行小波降噪处理,并基于处理后的温度数据,使用L-M法建立了薄板坯结晶器铜板的传热反问题数学模型。将反问题计算得到热流密度分布函数与传统经验热流公式结合,拟合得到了结晶器铜板整体的热流密度分布,并对其分布特点及影响因素进行分析。建立薄板坯结晶器内钢液的凝固传热数学模型,使用反问题计算得到的热流边界条件,运用ANSYS软件进行计算得到了其不同横截面温度场分布和坯壳厚度分布,最终得到整体坯壳厚度分布。通过与实际坯壳厚度分布对比,进一步验证了所建立反问题数学模型的准确性。本文中的研究方法和成果,对于用以提高薄板坯质量的结晶器“可视化”研究提供了参考依据。


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