连铸板坯变拉速过程凝固传热数学模型.研究

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1、辽宁科技大学硕十论文绪论1．1课题研究的意义及来源第一章绪论连铸是将液体金属经过一组特殊的冷却和支撑装置连续地浇铸成一定断面形状铸坯的过程。从20世纪50年代开始，经过几十年的发展，连铸技术已经发展成为一项很重要的冶金生产技术。与传统的模铸相比，连铸不但简化了生产工艺流程、提高了生产率和产品质量，而且金属收得率较高、能耗与生产成本也大大低于模铸。连续铸造作为一种高效的生产方式，在钢铁业的生产中占有重要的地位。近十余年来，连铸技术更是取得了显著的进步，其中包括中间包钢水加热技术、结晶器钢水流控制技术、铸坯轻压下技术和高温铸坯制造技术等。在连铸生产过程中，二冷区域的配水处理是一个

2、非常重要的环节。二冷配水的处理将直接影响铸坯的质量，若控制的不好，易造成铸坯的内部缺陷和表面缺陷。可以既，二冷配水控制直接关系到连铸生产能力。因此，其制度的优化在连铸研究中具有重要的现实意义。为了在全球钢材市场保持强大的竞争力，各大生产厂家发现生产中过程控制的地位越来越重要。通过对生产过程的监测和控制，可以提高产品质量，并以最低的成本满足用户对产品尺寸、质量等级、数量的要求。连铸生产过程通过数学模型在线模拟仿真铸坯凝固状态，从而对浇铸冷却过程进行预报和控制。准确的在线预测和控制模型，使连铸操作更加简单和灵活，在浇铸环境发生变化(浇铸钢种、中间包钢水温度、铸坯尺寸和拉坯速度等)

3、时，以适当的操作手段保证浇注参数的合理性。例如，铸坯表面温度、凝固末端在允许的范围内变化。随着近些年计算机技术和自动化技术的迅猛发展及其在连铸生产中的广泛应用【10，31，以及诸如铸坯轻压下技术、电磁搅拌技术等的不断涌现，使连铸开始向近终型连铸、多炉连浇、热送、热轧以及炼钢一连铸一连轧短流程的方向发展。连铸过程的建模和软件控制已成为目前国内外计算机领域得研究热点之一【4羽。系统建模与仿真是分析、设计和研究复杂系统的一种基本的理论方法和重要的技术手段【9421。计算机技术的飞速发展，使得仿真技术的应用领域不断扩大。目辽宁科技人学硕L论文绪论前，连续铸造二次冷却过程仿真研究很多‘

4、13,14．151，其中基于板坯连铸的应用较为广泛。如太钢、宝钢、济钢都有所应用[16．17．18】。基于此，本文在分析板坯连铸过程的基础上，采用全新的思维，针对连铸过程中拉速时变性，而二冷段的静态控制易引起表面温度波动过大的特点，提出动态追踪铸坯时间切片及均匀切割思想，同时模拟出温度场实时效果，开发了一套适用于板坯连铸的二冷控制软件[19-23】。1．2连铸控制过程简介1．2．1连铸过程钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。连续铸钢是一项把钢水直接浇铸成形的新工艺。它的出现从根本上改变了一个世纪以来占统治地位的钢锭～初轧工艺f川。连续铸钢的优越性：(1)节省工序

5、缩短流程(2)提高金属收得率(3)降低能量消耗(4)生产过程机械化和自动化程度高目前世界上有不少产钢国家连铸比已接近饱和程度。连铸机已基本定型化。目前改进的方向是使连铸机的结构和辅助设备具有更高的综合性能，操作过程自动化、可控性和安全性达到更高的水平。其目的在于进一步发挥连铸机的生产潜力和进～步提高铸坯质量【25061。本文正是基于此，致力于开发出一套针对板坯连铸的二冷动态控制算法及相应的二冷动态模型。目前应用最为广泛的连铸机型是弧形连铸机，其组成包括钢包、中问包、结晶器、二冷区、振动装置、运送辊道、切割设备及拉坯矫直机[271。钢水由钢包经中间包连续不断地注入到一个或一组水

6、冷铜制结晶器。结晶器底部由引锭头承托，引锭头与结晶器内壁四周严密密封。注入结晶器的钢水受到激冷后，迅速形成一定形状和坯壳厚度的铸坯。当结晶器内钢水浇注到规定高度时，启动拉矫机，结晶器同时振动，拉辊夹住引锭杆以一定速度将带液芯成形的铸坯拉出结晶器，进A--冷区，继续喷水冷却，直至完全凝固【28】。铸坯经矫直后，脱去引锭装置，再切割成定尺或倍尺长度，由输送辊道运走，这一过程是连续进行的。辽宁科技大学硕士论文绪论1．2．2连铸二次冷却区基本结构理论计算指出，为满足二冷区铸坯表面温度的要求，理想的二冷配水应该是冷却水量沿拉坯方向从上到下逐渐减少，为此应把二冷区分成无数个冷却段，但这在

7、实际生产中是无法实现。因此应根据连铸机类型(板坯、方坯)及对铸坯质量的要求，把二冷区分成若干个冷却段，如板坯、大方坯分成5～9个冷却段，小方坯分成2～3个冷却段。在整个二冷区分段时，应是沿拉坯方向从上到下各冷却段长度逐渐增加。为了控制方便，各冷却段还应分成一个或几个独立的循环水路，各回路单独配水，独立控制。表卜1为板坯连铸机冷却段及水路分配。连铸过程中，铸坯沿拉坯方向行进并实施冷却，形成了液相穴很长的铸坯1291。根据冷却方式不同，连铸机通常有三个冷却区：(1)一次冷却区：保证钢水在结晶器中形成足够厚的