板坯连铸动态拉坯过程凝固传热数学模型研究

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。根掘凝固传热理论，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。

目录

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第一章绪论

1.1连铸工艺流程概述

1.2连铸板坯凝固传热特点

1.3二冷区的凝固传热

1.4影响二冷区传热因素

1.5二冷区冷却方式

1.6铸坯凝固冷却的冶金准则

第二章板坯连铸凝固传热数学模型

2.1板坯连铸凝固传热数学模型的建立

2.1.1坐标系的建立

2.1.2模型基本假设

2.1.3凝固传热控制方程建立及简化

2.2凝固传热控制方程的初始条件和边界条件

2.2.1初始条件

2.2.2边界条件

2.3板坯连铸凝固传热数学模型的求解

2.3.1求解区域的离散化

2.3.2离散方程的建立

2.3.3边界节点与源项的处理

2.3.4 TDMA算法求解代数方程组

2.3.5离散方程的松驰

2.4铸坯动态追踪模型

2.4.1铸坯动态追踪模型基本原理

2.4.2铸坯动态追踪模型计算方法

2.4.3铸坯动态追踪模型编程思路

第三章模拟计算条件及计算参数的选取

3.1厚板坯连铸机设备参数及其冷却条件

3.2鞍钢一炼钢厚板坯连铸二冷水量的相关参数

3.3热物性参数的选取与处理

3.3.1固相率的确定

3.3.2钢的液相线、固相线温度

3.3.3钢的导热系数

3.3.4 Q235B的密度

3.3.5 Q235B的比热

3.3.6对流的热流密度

3.3.7其它模拟参数

3.4计算参数的选取

3.4.1数值方法的选择和计算网格尺寸的确定

3.4.2时间步长的确定

3.4.3计算的收敛标准

第四章板坯连铸动态拉坯凝固传热软件开发

4.1软件开发工具介绍

4.1.1开发环境简介

4.1.2后台数据库简介

4.1.3编程语言简介

4.2数据库设计

4.2.1数据库关系

4.2.2数据库逻辑设计

4.2.3创建数据库

4.2.4存储过程

4.3板坯连铸动态拉坯凝固传热软件设计

4.3.1软件的输入输出设计

4.3.2主要程序框图

4.3.3软件界面设计

第五章结果分析及模型验证

5.1模型计算结果分析

5.1.1拉速对铸坯凝固过程的影响

5.1.2比水量对铸坯凝固过程的影响

5.1.3过热度对铸坯凝固过程的影响

5.1.4提高连机铸机生产率的限制性因素

5.2几种典型动态拉坯过程中的铸坯表面温度分布

5.2.1拉速突然上升过程中的铸坯表面温度分布

5.2.2拉速突然降低过程中的铸坯表面温度分布

5.2.3拉速呈阶梯型变化过程中的铸坯表面温度分布

5.3传热模型验证

结论

参考文献

致谢