连铸板坯凝固传热数学模型的研究与应用
发布时间：2020-11-19 18:42
连铸坯的凝固传热是钢水在连铸机内经结晶器、二冷区以及辐射空冷区，以对流、传导和辐射等多种方式将热量从凝固前沿向外传递的冷却过程。由于钢液的凝固传热影响连铸坯质量和连铸机生产效率，因此，运用计算机数值模拟技术与实验技术对连铸坯凝固传热进行研究，定量分析热量在连铸过程中的传递，对控制和改善铸坯质量，实现生产动态控制有着重要意义。 本文以构建具通用性的连铸板坯凝固传热模型软件为目标，以攀钢提钒炼钢厂2~#板坯连铸机的连铸坯凝固传热计算与控制问题为应用背景，通过对铸坯凝固传热过程的分析，构建运算速度较快的一维实时控制模型和计算精度较高的二维切片跟踪模型，模拟计算钢液在凝固传热过程铸坯的温度场变化及分布特征、铸坯液相区和两相位置、铸坯坯壳的厚度及铸坯凝固末端位置等参量，为连铸生产的二冷控制及工艺调试提供支持。 连铸板坯凝固传热模型由沿板坯厚度方向传热的一维实时控制模型，与沿板坯宽度方向和厚度方向传热的二维切片跟踪模型构成。通过对凝固传热微分方程数值求解方法——有限差分算法的不同差分格式、算法特点、差分方程的稳定性以及差分算法解的准确性等的分析，确定了以混合隐式差分算法(C-N差分算法)作为内核算法来构建连铸板坯沿厚度方向传热的一维实时控制模型；根据交替隐式差分算法(ADI差分算法)具有方程无条件稳定，算法计算精度优于显式和隐式差分算法的特点，以ADI算法为内核算法建立沿连铸板坯宽度方向和厚度方向传热的二维切片跟踪模型：采用追赶法(TDMA算法)对实时控制模型和切片跟踪模型进行数值求解。 连铸板坯凝固传热模型软件基于Windows开发平台，选用Microsoft的VisualBasic6.0编程实现，模型界面设计以可用性、灵活性及可靠性为设计原则。其中，一维C-N实时控制模型可以实时计算连铸板坯厚度方向的温度分布情况，二维ADI切片跟踪模型可以计算连铸机内所有切片在连铸板坯宽度和厚度方向的温度分布，并可通过定时间步长变切片位置和定切片位置变时间步长的方式完成对连铸机内的切片跟踪。 连铸板坯凝固传热模型软件的离线测试和应用效果表明：凝固传热模型软件的运算结果具有较好的准确性(计算误差最大仅为2.08％)，且实时控制传热模型的运算速度(模型一次运算的时间约为2.5s)可以满足在线控制对模型计算时间的要求。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2005
【中图分类】：TF777
【部分图文】：
①在弹出仿真向导说明时，模型将加载预先设定的浇注钢种信息，主要包括浇注钢种的类型、钢号、铸坯断面尺寸、浇注钢种的热物性参数(固相线温度、液相线温度、钢种的密度、导热系数及热容)等物理信息，如图.43所示;图.43二冷凝固传热模型初始化向导说明Figu代闷.3nlUnIniationor泣id目让沮tion，ide运seeond叼eool认9solidi尔nghaet一加功serfmdoel②在仿真向导说明中点击“下一步，’NU进入仿真计算模式选择界面，如图.44所示。凝固传热模型的仿真计算模式主要包括两种，即一维控制模型计算模式和二维切片跟踪模型计算模式。其中，一维控制模型计算模式具有计算速度快、实时性好的特点，而二维切片跟踪模型计算模式由于计算节点的数目增多，所以运算速度较
图4.4二冷凝固传热模型初始化向导的计算模式选择Figure.44C侧口puattionmdoeeslectinoof面tial七，tino州de运别沁。。d娜eoolnigsolidi加ngheat.加切云沈m记。1③在选择好仿真计算模式后，则进入切片模型选择界面，如图.45所示.凝传热模型软件提供了两种切片模型，分别为:定时间步长变切片位置模型和定切位置变时间步长切片模型。定时间步长切片模型的切片位置随连铸机拉速的改变变化。在定切片位置模型中，连铸机内的切片位置固定不变，’但计算的时间步长随拉速而改变。④如果在切片模型中选择了“定切片位置变时间步长，模型，系统初始化向导给出模型中对连铸机各冷却段的切片设置情况(如图.46所示)，主要包括铸机内定的总切片数、最小切片间隔和最大切片间隔。如果选择了“定时间步长变切片置”模型，则仿真向导将会提示你输入模型仿真计算的时间间隔。
Figure.44C侧口puattionmdoeeslectinoof面tial七，tino州de运别沁。。d娜eoolnigsolidi加ngheat.加切云沈m记。1③在选择好仿真计算模式后，则进入切片模型选择界面，如图.45所示.凝固传热模型软件提供了两种切片模型，分别为:定时间步长变切片位置模型和定切片位置变时间步长切片模型。定时间步长切片模型的切片位置随连铸机拉速的改变而变化。在定切片位置模型中，连铸机内的切片位置固定不变，’但计算的时间步长则随拉速而改变。④如果在切片模型中选择了“定切片位置变时间步长，模型，系统初始化向导将给出模型中对连铸机各冷却段的切片设置情况(如图.46所示)，主要包括铸机内设定的总切片数、最小切片间隔和最大切片间隔。如果选择了“定时间步长变切片位置”模型，则仿真向导将会提示你输入模型仿真计算的时间间隔。
【引证文献】
本文编号：2890333
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2005
【中图分类】：TF777
【部分图文】：
①在弹出仿真向导说明时，模型将加载预先设定的浇注钢种信息，主要包括浇注钢种的类型、钢号、铸坯断面尺寸、浇注钢种的热物性参数(固相线温度、液相线温度、钢种的密度、导热系数及热容)等物理信息，如图.43所示;图.43二冷凝固传热模型初始化向导说明Figu代闷.3nlUnIniationor泣id目让沮tion，ide运seeond叼eool认9solidi尔nghaet一加功serfmdoel②在仿真向导说明中点击“下一步，’NU进入仿真计算模式选择界面，如图.44所示。凝固传热模型的仿真计算模式主要包括两种，即一维控制模型计算模式和二维切片跟踪模型计算模式。其中，一维控制模型计算模式具有计算速度快、实时性好的特点，而二维切片跟踪模型计算模式由于计算节点的数目增多，所以运算速度较
图4.4二冷凝固传热模型初始化向导的计算模式选择Figure.44C侧口puattionmdoeeslectinoof面tial七，tino州de运别沁。。d娜eoolnigsolidi加ngheat.加切云沈m记。1③在选择好仿真计算模式后，则进入切片模型选择界面，如图.45所示.凝传热模型软件提供了两种切片模型，分别为:定时间步长变切片位置模型和定切位置变时间步长切片模型。定时间步长切片模型的切片位置随连铸机拉速的改变变化。在定切片位置模型中，连铸机内的切片位置固定不变，’但计算的时间步长随拉速而改变。④如果在切片模型中选择了“定切片位置变时间步长，模型，系统初始化向导给出模型中对连铸机各冷却段的切片设置情况(如图.46所示)，主要包括铸机内定的总切片数、最小切片间隔和最大切片间隔。如果选择了“定时间步长变切片置”模型，则仿真向导将会提示你输入模型仿真计算的时间间隔。
Figure.44C侧口puattionmdoeeslectinoof面tial七，tino州de运别沁。。d娜eoolnigsolidi加ngheat.加切云沈m记。1③在选择好仿真计算模式后，则进入切片模型选择界面，如图.45所示.凝固传热模型软件提供了两种切片模型，分别为:定时间步长变切片位置模型和定切片位置变时间步长切片模型。定时间步长切片模型的切片位置随连铸机拉速的改变而变化。在定切片位置模型中，连铸机内的切片位置固定不变，’但计算的时间步长则随拉速而改变。④如果在切片模型中选择了“定切片位置变时间步长，模型，系统初始化向导将给出模型中对连铸机各冷却段的切片设置情况(如图.46所示)，主要包括铸机内设定的总切片数、最小切片间隔和最大切片间隔。如果选择了“定时间步长变切片位置”模型，则仿真向导将会提示你输入模型仿真计算的时间间隔。
【引证文献】
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1 刘忠锁;板坯连铸动态拉坯过程凝固传热数学模型研究[D];辽宁科技大学;2008年
本文编号：2890333
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