方坯连铸凝固传热数学模型及其软件

连铸热过程数学模型的建立2.1连铸热过程数学模型的建立连铸热过程为连铸坯的凝固冷却过程。

连铸坯在凝固过程中，凝固传热量不仅影响铸机生产效率和设备寿命，而且对铸坯的表面质量和内部质量都有重要影响。

因此薄板坯凝固传热规律的研究，对该工艺的生产和设计，都具有十分重要的意义。

板坯凝固冷却过程可分为三个阶段:(1)结晶器冷却。

钢液在近结晶器壁处快速冷却，形成薄的坯壳;(2)二冷区冷却。

坯壳具有足够厚度时，铸坯从结晶器中拉出，在二冷区受到强烈的喷水冷却，液芯逐渐凝固;(3)空冷区冷却。

铸坯在空气中较缓慢地冷却，铸坯断面上温度逐渐趋于均匀。

根据板坯的凝固冷却过程，连铸热过程数学模型包括结晶器、二冷区和空冷区这三部分。

结晶器中热传递主要沿水平方向进行。

传热过程包括:(1)钢水以对流和导热形式将热量传给坯壳;(2)凝固坯壳的导热;(3)凝固坯壳与结晶器壁的传热;(4)结晶器壁的导热;(5)喷淋水与结晶器壁的强制对流传热。

其中在传热过程(3)中，填充于铸坯壳与结晶器壁气隙中的渣膜控制铸坯壳向结晶器的传热量，在结晶器的传热过程中显得尤为重要。

因此，应进一步分析气隙中渣膜特性对传热的影响，建立坯壳与结晶器气隙的传热模型。

为全面分析结晶器的传热，将该模型于铸坯凝固和结晶器壁的传热祸合起来，建立统一的结晶器传热数学模型。

带有液芯的铸坯进入二冷区达到完全凝固。

在二冷区铸坯向外传热方式主要有:(1)由喷射水滴蒸发带走的热量;(2)铸坯表面与周围环境的辐射换热;(3)铸坯与支撑辊、导辊的接触换热。

喷淋水和支撑辊、导辊与铸坯的传热对铸坯内液芯长度的控制十分重要。

铸坯进入拉矫机后进入空冷区，铸坯主要以辐射换热方式和自然对流的方式进行冷却。

2.1.1 基本假设为建立连铸过程温度场数学模型，需对物理模型进行简化，作如下假设:(1)连铸生产线工况稳定;(2)由于铸坯的贝克来数很高(～ 105)，忽略整个铸坯沿拉坯方向传热; (3)钢液面上保护渣具有保温作用，忽略钢液表面的散热量;(4)沿结晶器和薄板坯宽度方向传热具有对称性，只计算1/2截面的温度场; (5)注入结晶器的钢液温度恒定;(6)结晶器壁与坯壳间的气隙层厚度不随位置和时间变化; (7)不考虑结晶器内凝固壳表面的振痕对传热的影响。

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（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日1 绪论连铸是钢铁生产的主要环节之一。

连铸过程本质上是钢水凝固成钢坯的过程。

为了更加深刻地理解这一过程，并更加有针对性地进行工艺和控制技术研究，许多学者对凝固过程本身进行了研究。

本章首先回顾了连铸技术以及凝固过程仿真模拟的有关研究和方法。

1.1 连铸技术的发展过程连续铸钢是一种把钢水浇铸成形的铸钢工艺。

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。

液体金属连续铸锭的概念早在十九世纪中期就已经提出，塞勒斯（Sellers）、贝氏麦（Bessemer）、戴维尔等人获得了一系列连铸相关的技术专利和发明；十九世纪后期有人提出垂直浇铸的立式连铸机设计。

1921年皮尔逊提出结晶器振动的概念，使铸坯与结晶器之间做连续相对运动；1933年，连铸的先驱德国人容汉斯（Junghans）建设了第一台立式带振动结晶器的连铸机，首先浇铸铜铝合金获得成功，使有色金属连续浇铸于二十世纪三十年代就应用于生产。

1943年，容汉斯在德国建成第一台浇铸钢水的实验性连铸机。

当时就已提出振动的水冷结晶器、浸入式水口、结晶器上部加保护剂等技术，这为现代连铸机奠定了基础。

随后，在美国、英国、奥地利、日本等国相继建成实验性连铸机。

二十世纪七十年代以后是连铸的大发展时期，连铸机已具备与大型氧气转炉相配合进行工业生产的可能性。

连铸设备和工艺技术的日益完善，促进了连铸的迅速发展。

二十世纪八十年代以来，连铸技术的发展非常迅速，世界各产钢国连铸比不断上升。

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地址：莱钢技术中心《莱钢科技》编辑部E-mail：lgkjbjb@电话：6820510谢谢您对我们工作的支持！此致敬礼《莱钢科技》编辑部2012年11 月02日稿件审查意见书需要修改的具体内容与存在问题莱钢连铸板坯凝固传热模型的建立吴会亮1，李生根1，陈永生2，肖强2（1.莱钢技术中心；2.莱钢型钢炼钢厂，莱芜 271104）摘要：连铸坯凝固传热数学模型研究的基本思路是基于凝固传热理论，根据能量守恒定律，建立二维非稳态传热模型，建立模型的内容包括：基本假设、凝固传热方程、边界条件以及初始条件的确定、连铸坯凝固传热数学模型的求解（边界条件、物性参数的确定等），然后进行程序编制。

本研究中，根据莱钢型钢炼钢厂4#连铸机现场实际条件，建立了中碳钢的宽板坯凝固传热模型。

关键词：边界条件；固相分率；导热系数；传热模型0 前言连铸二冷水工艺是连铸的三大核心工艺之一，对连铸生产和铸坯质量有着重要影响。

二冷控制模型主要是通过计算铸流方向上的凝固坯壳厚度与表面温度，并根据与生产工艺温度的比较差异来调节水量，其核心是连铸坯凝固传热数学模型。

铸坯沿拉坯方向被分成若干小切片，依据铸坯从结晶器移动开始贯穿整个铸流，对于每一个切片的实际铸坯生长期进行跟踪并且对坯壳厚度按周期计算，一维时间的温度曲线描述了铸坯表面直到中心各点处的温度情况。

基于P舯CAST大方坯连铸过程凝固规律模拟葛亮，汪成义，张西超，孙彦辉(北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083)摘要：文章利用PROcAsT软件对60si2Mn的连铸凝固情况进行模拟，模拟结果与现场的射钉实验基本吻合；其中探讨了过热度、比水量和拉速对铸坯凝固过程的影响，结果表明：过热度愈大，铸坯液相穴增大，固液相变小。

拉速越大，液相穴变长，其中大部分是固液相距离的增加：各段水量的减少，液相穴增长，其中固液相、纯液相都有所增加。

拉速增加和水量减少比较相似，但拉速比水量对凝固影响巨大。

关键词：PRoCAsT模拟：60si2Mn；温度分布；连铸工艺；坯壳厚度Solidification regularity of a bloom d u“ng continuous casting with P R o C A S T Numerical SimulationGe Liang，Wang Chengyi，Zhang Xichao，Sun Y拥hu i (school of Metallu唱ical and Ecological Engineering，UniVerS时of Science and Technolo影Beijing，Be．jing l00083，China)ABSTRACT：111this pa p e r'a numerical model waS deVeloped for the si mu la tio n of solidification of60Si2Mn dur in g the continuous caStin g with the help of Proc aS t numerical simula ti on sofhVare．The siInulation results are approximately co．仉sistent with the results of the nail shootillg expe ri lne nt in the plant．Th e resuIts indica te d that the liquid c o r e length is mcreased with theincre aSe of supe rh eat，whi le me solid—liquid zone decreaSed with the increaSe of su perhea t．Tl he liquid core len酉h is also．m crea Sed with the increa se of caSting spee d，but most of this increase is 行om the solid—liquid zone．Meanwhile，the influe nc e ofwater ratio in secondary cooling haLSsimila r but oppOs ite ea’ect t o c aS tin g speed to solidification dur in g continuous casting，while the innuence of the laner on solidification is huge．KEYWoRDS：PROCAST n啪erical s imu la ti on1、emperature field dis仃ibution cont．muo us c2LSting technic s shelI thickn es s the liquid core len舀h凝固过程的控制是连铸坯质量的控制的重要环节，连铸工艺参数的选择，如拉速、过热度、二冷水量等因素对凝固组织有重要影响，而凝固组织的好坏对铸坯的质量，最终材料的性能都有较大影响。