板坯连铸冷却模型及其动态二冷控制系统研究.pdfVIP

板坯连铸冷却模型及动态二冷控制系统的研究 李甲辰盘学军孙永利玉双明 摘 要 铸坯在连铸冷却过程中不断受到热和机械应力的作用，其最终的质量主要由铸坯凝固过程中的温度场、热和机 械应力场决定，因此，对连铸坯温度场的研究一直受到连铸工作者的关注。本论文应用有限元的方法对铸坯凝固冷 却全过程进行数学仿真，建立冷却凝固模型，并以模型为核心编写了动态二冷控制系统，本模型应用生产后，铸坯 质量明显提高， 关键词：有限元冷却模型动态二冷 Abstract and the ofcontinuous slabisactedcontinuousthermal Duringcoolingprocess casting，the by final onthe and mechanical oftheslab field，thermal forces；the temperature quality mainlydepends mechanical the ofthe fieldhasbeen attentionthe stresses．So study temperature paid by people whoare incontinuous offiniteelementstOsimulate the engaged casting．Application mathematically of oftheslabofContinuous the whole the andsolidification Machine，founded process cooling Casting the control test the coolingmodel，accomplishCERI—DSC dynamicsecondlycooling system ．Theproved modelis inner oftheslabisraised secondary practicable；thequality obviously． watering element modelCERI—DSC Keywords：finite cooling ．‘．L—J一 一、刖舌 目前国内板坯连铸二冷水控制大多数引进国外的技术，建立自己的连铸动态二冷水控制系统很有必要。一些科 研院所一直在进行二冷凝固模型和相关的研究，有了不少的成果，但是一直没有很好的应用于实际生产。 二、铸坯冷却模型建立 1、冷却模型 严格的说，连铸坯凝固冷却是热传导、对流、辐射同时存在并伴随着相变的三维不稳定传热过程。传热方程为 pcvd!df V2VT+口+矽 2．1 式中：P——铸坯密度； ． C、r．一铸坯等容热容； 出 dt m 讪 鲁一………躺数；面d 瓦+“Taxx+寺·wTazz u，r，W为钢液流速在X，Y，z三个方向上的分量； v一哈密顿算子，v：7芝+歹要+云兰； dX dV dZ ^——铸坯导热系数； 毒——铸坯内热源强度； 击——钥液粘件耗散项： 327 把上述三维传热问题简化为平面二维问题，只研究铸坯某一端面上的温度分布，该断面与刚化在铸坯上的平面 坐标系重合，以一定拉速从结晶器弯月面处一直运动到剪切机处，这样，该断面在各个时刻的温度分布，就代表了 整个铸坯的温度场。 在铸坯取一铸坯片作为微元体，如图2．1，为建立连铸坯导热微分方程，作如下假设： 1 传热条件不随拉速变化； 2 拉坯方向导热量很小，资料介绍沿轴向的温度梯度和热流密度比垂直于轴向的同名量小1’2个数量级，故 忽略不计，主要考虑水平方向导热； 3 由于液相穴中钢液对流运动，液相穴的导热系数大于固相区的导热系数，且随温度变化，故对铸坯的导热 系数和温度的关系进行拟合。忽略铸坯液芯的流动，此时，粘性耗散项巾 O，u、r、w项为零： Z 图2．1连铸坯微元体 Continues eIement Fig．2．1 castingtiny 钢水固相线、液相线值始终 4 整个凝固过程中钢水成分无变化，无偏析现象出现，也就是说在计算过程中， 不变，而在一个温度点上物性参数恒定不变； 5 弯月面处简化为紧贴结晶器； 综合以上得到传热方程为： ∥誓 未c名豢，+未c力熹，+圣 2．2 其中：p、c、九都是温度的函数； 5 内热源项的消除与凝固潜热的等效 连铸坯热交换比一般传热问题更复杂的原因之一是，在铸坯凝固过程中要放出凝固相变潜热，这种潜热的放出 在一定温度区间内进行，该区间的上限是钢的液相线温度TL，下限是固相线温度Ts。金属学上把该区间称为两项区， 以[TL，T。]表示。根据凝固潜热和温度的关系，可以把其以内热源强度项口的形式表达在导热方程 2．2 中。由 于口是温度的函数，增加了导