连铸结晶器传热软件的开发与应用-庞维成

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1、连铸结晶器传热分析软件的开发与应用庞维成刘欢（东北大学）（上海梅山钢铁股份公司炼钢厂）摘要：结合自行开发的连铸结晶器传热分析软件，介绍了该软件的功能及在结晶器传热分析、坯壳厚度计算和综合传热系数分析等方面的应用情况。关键词：连铸结晶器传热计算机软件DEVELOPMENTANDAPPLICATIONOFHEATTRANSFERANALUSISSOFTWAREINCONTINUOUSCASTINGMOLDPangweichengLiuhuan(NortheasternUniversity)(ShanghaiMeishanIron&SteelCo.,LTD.)1

2、引言连铸坯凝固是一个传热过程，结晶器是一个换热器，大量的研究工作表明，导致铸坯产生缺陷的主要因素是由于结晶器造渣受阻、形成气隙等原因引起的从液流到结晶器之间的不均匀传热。结晶器内钢水凝固传热不仅影响着结晶器的热工特性，而且是制定合理连铸制度的关键。其性能好坏直接关系到铸坯质量及铸机生产率，所以，结晶器的传热问题一直是研究的热点。连铸结晶器是连铸机的心脏，连铸坯的表面质量主要取决于结晶器内初生坯壳凝固均匀性、弯月面传热，铸坯表面裂纹、漏钢常常是由于结晶器初生坯壳凝固不均匀造成的，而凝固不均匀是由于连铸坯与结晶器之间的传热不均匀引起的。因此，连铸结晶器运行热状

3、态的好坏直接影响到铸坯初生坯壳的质量，通过对结晶器热状态及工艺分析可以评估裂纹形成，控制结晶器热状态可以为高效连铸及无缺陷铸坯的生产创造必要条件。结晶器传热分析数据采集和计算工作量大，针对结晶器凝固传热问题进行的试验研究及软件开发，并结合宝钢集团梅山炼钢厂的相关研究项目通过对结晶器热状态跟踪，结合现场温度数据和现场工艺参数的综合分析，以建立铸坯表面质量与连铸工艺参数的分析模型，提出合理的工艺制度，为指导连铸生产和稳定铸坯质量提供理论依据。2结晶器传热计算与分析软件的结构分析本设计采用现有分析软件和开发专用软件相结合，对结晶器传热、坯壳厚度、结晶器实时温度数

4、据进行计算及分析，根据所掌握的数据和计算结果经可视化处理，可获得直观的图形结果。针对结晶器传热计算、坯壳厚度计算与分析和实时温度数据分析的实际情况，结合现有的分析软件，开发结晶器凝固传热软件，实现对结晶器其他参数，如结晶器热阻、综合换热系数、平均热流等和坯壳厚度的计算与分析功能，并且内置计算所需的各种常用参数，可生成可保留的分析曲线，以方便用户进行数据输入、计算与后期分析等。结晶器凝固传热计算与分析软件大致可分为两大模块——结晶器传热计算与分析模块和实时温度分析模块。结晶器传热计算与分析模块包括：热阻计算与分析、综合换热系数计算与分析、坯壳厚度计算与分析和

5、平均热流的计算与分析。它们的具体关系如图3-1所示。根据软件应实现的功能和用户需求决定使用Windows2000操作系统为开发平台，C++Builder5.0为开发工具。它是一种面向对象的、可视化的快速应用程序开发环境。C++Builder以C语言为基础，并加入许多对象的概念以及充分利用了图形化用户接口(GUI)8的优点。所以C++BUILDER被认为是一个图形工具。另外，C++BUILDER也可使用数据库标准操作语句SQL进行通讯。结晶器凝固传热计算与分析坯壳厚度计算与分析结晶器传热计算与分析推导公式传统公式平均热流综合换热系数热阻冷却水与铜板表面间膜层

6、热阻结晶器铜板热阻结晶器与铸坯间空隙热阻保护渣膜层的热阻凝固坯壳热阻熔钢与凝固坯壳间膜层热阻冷却水与结晶器铜板间换热量图2-1结晶器传热计算与分析框图C++BUILDER为应用开发提供全面、综合性的支持,主要特点是：事件驱动的应用程序；面向对象的编程；跨平台开发。3结晶器传热计算模块的实现该部分主要由两大模块组成，它们分别是结晶器传热计算模块和坯壳厚度计算模块。3.1结晶器传热计算及分析模块此模块主要由三部分组成：热阻计算、综合换热系数计算和平均热流计算。主窗口如图3-2所示。3.1.1综合换热系数计算结晶器中钢水的散热可分为垂直方向（拉坯方向）散热和水平

7、方向散热。拉坯方向散热较小，经理论计算，它仅占结晶器总散热量的3~6%，结晶器中钢水沿水平方向传热有以下过程：1)钢水向坯壳的对流传热；2)凝固坯壳中传导传热；3)凝固坯壳与结晶器壁传热；4)结晶器壁传导传热；5)冷却水与结晶器壁的强制对流传热。由于在横向上钢水温度梯度最大，故可将此过程看作一维传热，其热流密度为：(3.1)综合传热系数为：8(3.2)一般结晶器综合传热系数是通过实测结晶器进出冷却水温度、水流量和拉坯速度等工艺参数后计算得到的。计算步骤如下：单位时间内冷却水带走的热量：(3.3)结晶器综合传热系数：(3.4)图3-2结晶器传热计算与分析软件

8、主窗体传热系数将通过测温数据及现场实测结晶器进出冷却水温度、水流量