异型坯连铸二冷传热模型研究及仿真软件开发

论文摘要

H型钢主要应用于桥梁、重型设备、高层建筑的建设方面,有减轻构件重量等优点。异型坯用于轧制H型钢不但可以减少轧制道次,降低能耗和投资建设成本,而且可以大幅提高生产效率。但在异型坯的连铸过程中,由于其断面几何形状复杂,加之均匀冷却难以实现,因而裂纹敏感性较方坯、板坯则大大增加,其裂纹缺陷主要表现在腹板和内缘处的表面裂纹、翼缘顶端角部的内裂、腹板厚度1/2处的中心裂纹。因此对异型坯铸机的结构参数和连铸过程的工艺参数的优化设计提出更高要求。本文针对某钢厂新建异型坯连铸机,建立了异型坯连铸过程铸坯二维凝固传热数学模型。以变间距网格划分方法离散模型区域,并运用有限差分法离散传热微分方程。考虑到异型坯横断面冷却水流不均情况,建立了喷淋水水流密度分布模型,模型可将测试的平板水流密度分布转化为异型坯横向水流密度分布,使模型可以用于优化异型坯喷嘴布置。于此同时模型考虑了异型坯宽面内弧、宽面外弧及窄面的喷嘴排列不同的情况,模型更接近于实际情况,使得模型准确性更高。应用Visual Basic 6.0程序设计语言,开发了异型坯连铸二次冷却通用仿真软件,软件集成了异型坯连铸过程的凝固传热仿真和数据后处理等功能,为异型坯铸机的结构参数和连铸过程的工艺参数优化设计提供了依据。应用所开发的异型坯连铸过程二冷仿真软件,结合异型坯冶金准则的要求,对所研究连铸机的喷嘴布置和二冷制度进行优化设计。分析了现有喷嘴布置所存在的问题,提出了两种优化喷嘴布置的方案。并以Q235钢为例,说明了异型坯连铸过程二冷制度的确定过程,并给出了常拉速下Q235钢异型坯连铸过程的温度变化情况,对比了不同拉速对异型坯的温度场分布、坯壳厚度生长、特征点温度变化的影响。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 异型坯连铸发展
• 1.1.1 异型坯连铸重要意义
• 1.1.2 异型坯连铸技术发展进程
• 1.1.3 异型坯连铸关键技术
• 1.2 异型坯质量缺陷
• 1.2.1 异型坯质质量缺陷概概述
• 1.2.2 异型坯质量缺陷形成原因
• 1.2.3 异型坯质量控制的研究现状
• 1.3 异型坯二次冷却
• 1.3.1 异型坯连铸凝固特点
• 1.3.2 异型坯连铸冶金准侧
• 1.3.3 异型坯连铸二冷配水
• 1.4 异型坯连铸凝固传热仿真概述
• 1.4.1 连铸凝固传热模型研究的意义
• 1.4.2 连铸凝固传热模型的研究现状
• 1.4.3 异型坯凝固传热模型的特点
• 1.5 研究内容
• 1.6 研究目的及意义
• 2 异型坯连铸凝固传热模型研究
• 2.1 异型坯模型空间离散化
• 2.2 异型坯传热微分方程离散化
• 2.3 横向水流密度分布模型研究
• 2.4 边界条件
• 2.5 差分方程的稳定性
• 2.6 模型准确性分析
• 2.7 时间步长和空间步长
• 2.8 本章小结
• 3 异型坯连铸凝固传热软件开发
• 3.1 参数设置模块设计
• 3.2 运行界面模块设计
• 3.3 后处理模块设计
• 3.4 本章小结
• 4 异型坯铸机二冷喷嘴布置优化设计
• 4.1 喷嘴横向布置优化设计
• 4.1.1 喷嘴横向布置分析
• 4.1.2 喷嘴横向布置优化
• 4.2 喷嘴纵向布置分析
• 4.3 本章小结
• 5 异型坯连铸二冷制度研究
• 5.1 比水量
• 5.2 二冷各区配水比例
• 5.3 内弧/外弧/窄面水量分配比
• 5.4 本章小结
• 6 异型坯连铸 Q235 钢的二冷制度
• 6.1 Q235 钢的二冷制度
• 6.2 Q235 钢常拉速下仿真结果
• 6.3 拉速对铸坯冷却的影响
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目
• C. 作者在攻读硕士学位期间参加的学术会议