板坯连铸动态拉坯过程凝固传热数学模型研究

发布时间：2016-11-08 10:51

  本文关键词：连铸板坯凝固传热数学模型的研究与应用，由笔耕文化传播整理发布。

《辽宁科技大学》 2008年

板坯连铸动态拉坯过程凝固传热数学模型研究

刘忠锁  

【摘要】： 铸坯凝固过程中不稳定的温度分布对连铸坯内部质量有很大的影响。因此,必须积极寻求解决这一问题的方法。根据凝固传热理论,对板坯连铸动态拉坯过程中凝固传热进行研究,通过选择合适的拉速、比水量、过热度等工艺参数得到均匀稳定的温度分布,从而可以有效地改善铸坯内部质量。 本文在对板坯连铸机进行深入研究的基础之上,建立了较为全面的板坯连铸动态拉坯过程凝固传热数学模型,以铸坯表面实际热流密度为边界条件,采用TDMA算法对该数学模型进行数值求解,并利用当今流行的面向对象开发工具Visual C++6.0开发了该模型仿真软件。软件界面设计以可用性、灵活性及可靠性为设计原则。在仿真软件中将整个铸坯分成了众多单元并进行位置和时间的追踪,因此能够对板坯连铸动态拉坯过程进行铸坯温度分布和凝固进程预报。 本文应用仿真软件和实验数据对鞍钢第一炼钢厂厚板坯连铸机进行了仿真计算,分析了拉速、比水量以及过热度等工艺参数对铸坯凝固传热特征的影响,得出在一定的二冷制度下,提高拉速、升高过热度或减小比水量将会不同程度地减薄铸坯出结晶器坯壳厚度、增长液相穴深度,但拉速的影响表现得更为明显;进而得出在鞍钢第一炼钢厂厚板坯连铸机条件下,铸坯出结晶器坯壳厚度是最大拉速的约束条件。 本文将对提高铸机的铸坯内部质量和生产能力提供较大的理论指导意义和实用价值。

【关键词】：
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TF777.1
【目录】：

摘要4-5

Abstract5-10

第一章 绪论10-21

1.1 连铸工艺流程概述10-11

1.2 连铸板坯凝固传热特点11-12

1.3 二冷区的凝固传热12-13

1.4 影响二冷区传热因素13-19

1.5 二冷区冷却方式19

1.6 铸坯凝固冷却的冶金准则19-21

第二章 板坯连铸凝固传热数学模型21-39

2.1 板坯连铸凝固传热数学模型的建立21-23

2.1.1 坐标系的建立21

2.1.2 模型基本假设21-22

2.1.3 凝固传热控制方程建立及简化22-23

2.2 凝固传热控制方程的初始条件和边界条件23-25

2.2.1 初始条件23-24

2.2.2 边界条件24-25

2.3 板坯连铸凝固传热数学模型的求解25-34

2.3.1 求解区域的离散化26-27

2.3.2 离散方程的建立27-29

2.3.3 边界节点与源项的处理29-31

2.3.4 TDMA算法求解代数方程组31-33

2.3.5 离散方程的松驰33-34

2.4 铸坯动态追踪模型34-39

2.4.1 铸坯动态追踪模型基本原理35-36

2.4.2 铸坯动态追踪模型计算方法36-37

2.4.3 铸坯动态追踪模型编程思路37-39

第三章 模拟计算条件及计算参数的选取39-53

3.1 厚板坯连铸机设备参数及其冷却条件39-40

3.2 鞍钢—炼钢厚板坯连铸二冷水量的相关参数40-42

3.3 热物性参数的选取与处理42-48

3.3.1 固相率的确定43-44

3.3.2 钢的液相线、固相线温度44

3.3.3 钢的导热系数44-46

3.3.4 Q235B的密度46

3.3.5 Q235B的比热46-47

3.3.6 对流的热流密度47-48

3.3.7 其它模拟参数48

3.4 计算参数的选取48-53

3.4.1 数值方法的选择和计算网格尺寸的确定48-49

3.4.2 时间步长的确定49-52

3.4.3 计算的收敛标准52-53

第四章 板坯连铸动态拉坯凝固传热软件开发53-66

4.1 软件开发工具介绍53-55

4.1.1 开发环境简介53-54

4.1.2 后台数据库简介54

4.1.3 编程语言简介54-55

4.2 数据库设计55-60

4.2.1 数据库关系55-56

4.2.2 数据库逻辑设计56-58

4.2.3 创建数据库58-59

4.2.4 存储过程59-60

4.3 板坯连铸动态拉坯凝固传热软件设计60-66

4.3.1 软件的输入输出设计60

4.3.2 主要程序框图60-63

4.3.3 软件界面设计63-66

第五章 结果分析及模型验证66-75

5.1 模型计算结果分析66-71

5.1.1 拉速对铸坯凝固过程的影响66-68

5.1.2 比水量对铸坯凝固过程的影响68-69

5.1.3 过热度对铸坯凝固过程的影响69-71

5.1.4 提高连机铸机生产率的限制性因素71

5.2 几种典型动态拉坯过程中的铸坯表面温度分布71-74

5.2.1 拉速突然上升过程中的铸坯表面温度分布71-72

5.2.2 拉速突然降低过程中的铸坯表面温度分布72-74

5.2.3 拉速呈阶梯型变化过程中的铸坯表面温度分布74

5.3 传热模型验证74-75

结论75-77

参考文献77-81

致谢81

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本文编号：167780