圆坯连铸凝固传热模型及二冷动态控制研究
连铸二次冷却在连铸生产中占有非常重要的地位，二次冷却过程很大程度上影响着铸坯的热状态，进而影响铸坯凝固组织的形成。连铸坯中间裂纹、中心裂纹、偏析和鼓肚等缺陷的形成通常与不恰当的二次冷却有关。二次冷却系统应同时具有合理的铸机结构和冷却工艺制度，满足铸坯均匀冷却的要求。 本文针对某钢厂新建圆坯连铸机，建立了圆坯连铸二维传热数学模型。模型中采用变间距网格划分，并运用有限差分法离散求解。根据圆铸坯喷淋的实际情况，确定了喷嘴的有效喷淋系数；同时考虑圆坯圆周方向冷却的差异，将测试的平板水流密度分布结果转化为圆坯周向水流密度分布。 采用面向对象的编程语言Visual Basic开发了圆坯连铸二次冷却通用仿真软件(SSRBCC version1.0)。软件界面设计友好，操作简捷，人机交互动能力强，集成了仿真连铸过程、迭代反算二冷水量、水量公式回归及强大的数据后处理功能。 应用开发的圆坯二冷仿真软件，结合冶金准则的要求，对铸机二冷结构和钢种冷却制度进行优化设计。分析了铸机过渡区域设计和圆坯二冷区周向喷嘴布置情况。在铸机结构确定后，结合37Mn2钢高温力学性能测试结果，反复优化调整二冷区水量，确定了相应钢种的二次冷却制度。在此基础上，分析了过热度、拉速和冷却强度等工艺参数对圆坯凝固的影响(铸坯温度、液心长度以及全凝固时间)，探讨圆坯凝固的规律。 本研究还针对变拉速和变浇注温度的非稳态过程，开发了具有实时跟踪功能(分定坯长和定时间间隔跟踪)的圆坯二冷动态配水模型。模型中采用跟踪获得各冷却区虚拟拉速代替实际拉速进行配水，同时考虑钢液过热度变化对二冷水量的影响。从圆坯动态传热仿真计算结果看，采用虚拟拉速调控的二次冷却动态配水相比于静态配水更有利于稳定铸坯的热状态，对于提高铸坯质量，减少裂纹形成意义明显。 铸机投产后，对实际生产铸坯情况进行跟踪。跟踪结果表明，实测铸坯表面温度分布合理，二冷区表面温度基本呈平缓下降趋势；铸坯质量控制良好，尤其是铸坯裂纹缺陷得到很好控制。实际生产效果验证了铸机二冷系统结构设计、钢种二冷制度设计的合理性。
圆坯连铸;二次冷却;凝固传热模型;动态控制
重庆大学
硕士
冶金工程
陈登福
2010
中文
TF777
110
2013-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）