连铸坯凝固传热过程的数值模拟

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1、硕士学位论文摘要随着连铸技术的发展，提高连铸坯产量和质量成为连铸技术研究的主要问题之一。连铸由于其生产成本低、工作效率高、操作灵活以及高质量等优点在全世界的钢铁行业中都得到了迅速地发展。近几年，高效连铸成为连铸发展的一个主要趋势。温度在铸坯凝固传热过程中备受关注，它关系着铸坯的质量和产量，决定高效连铸能否顺利进行。由于铸坯产品的质量与铸坯凝固过程密切相关，而连铸坯的凝固基本上是在二次冷却区内完成的，所以研究二冷热传输过程对了解铸坯凝固行为和保证铸坯质量也具有重要的意义。多年来，人们对铸坯内部质量的研究主要通过各种试验、检测手段以及数值模拟技术完成。随着

2、计算机技术的发展，数值模拟技术已成为研究连铸冷却过程的一种重要手段。本文根据传热学基本原理和有限差分法，对连铸圆坯的一维温度场和方坯的二维温度场进行了数值模拟。圆坯温度场方程采用隐式差分格式进行离散，用追赶法进行计算；方坯直接采用中心差分法进行离散。基于ANSYS对结晶器模拟分析表明，减小结晶器的厚度可以增加坯壳厚度，这种现象并不明显，但减小结晶器厚度可以使结晶器内部温度场更均匀。因此，在保证结晶器强度的条件下，应尽量减小结晶器厚度。当铸坯断面是方形时，结晶器角部用圆弧过渡可以改善结晶器与铸坯的传热，有利于铸坯坯壳的形成，同时也有利于结晶器的保护。本文

3、采用c语言编程的方法开发了连铸圆坯一维和方坯二维传热模型的求解程序。通过计算，得到了在不同时刻铸坯横截面的温度场分布及铸坯凝固传热过程中不同拉速、过热度、冷却强度条件下，铸坯沿铸机方向上其表面温度和铸坯厚度的变化规律。通过对铸坯表面温度的模拟和对不同操作条件下表面温度变化情况的分析，可以看到在连铸坯的凝固传热过程中，拉速和二冷区的冷却强度是控制凝固速度及铸坯质量的主要因素，过热度对表面温度和坯壳生长的影响相对于前两者要小的多。所以在实际生产过程中，为了提高产量，保证质量，就要求拉速和二冷区冷却强度达到合理的匹配。因此，模拟的结果将为自主设计的连铸机提供

4、理论依据。关键词：连铸；圆坯；方坯；凝固传热；温度场；有限差分法连铸坯凝固传热过程的数值模拟AbstractWiththedeVelopmentofcontinuouscastingtechnique，improVingoutputandqualityofproductsbecomesanimportantproblemincontinuouscastingresearch．Byreasonoftheseadvantages，suchaslowmanufacturingcast，operationalefficiency，flexibleoperati

5、on，andhighqualityandsoon，continuouscastingdeVelopsspeedilyinthefieldofsteelalloVertheworld．Nowadays，highemciencycontinuouscastingdeVelopedasamajortrend．Intheheat-transferprocessofbillets01idification，temperatureisconcernedterribly；ithasrelationwiththeoutputandqualityofbillet，and

6、decidesifthehi曲e伍ciencycontinuouscastingisabletogowithaswing．Qualityofbilletsisrelatedtothesolidif．yingprocessandcastingbilletssolidifycompletelyinsecondarycoolingzone，sotheresearchofsolidif-yinginsecondarycoolingzoneissignificanttounderstandsolidi6cationbehaViorandinsuretheprod

7、uctsquality-Formanyyears，peoplestudycontinuouscastingbymeansofexperiments，measurementandnumericalsimulating．WiththedeVelopmentofcomputingtechnique，numericalsimulatinghasbecomeanimportantmethodforcontinuouscastingstudy-one．dimensionthemal6eldofroundbilletandtwo．dimensionthemalfie

8、ldofsquarearesimulatedaccordingtoheat-transf．er