薄板坯連鑄二冷仿真軟件的開發(fā)及數(shù)值分析.pdf

1、薄板坯連鑄技術(shù)是近年來連鑄領(lǐng)域最重要的技術(shù)進(jìn)展，二次冷卻作為連鑄生產(chǎn)的一個重要工藝環(huán)節(jié)，對生產(chǎn)高質(zhì)量鑄坯具有舉足輕重的作用。薄板坯連鑄凝固過程的傳熱計算和應(yīng)力分析有著重要意義。論文根據(jù)薄板坯連鑄的特點，研究開發(fā)了薄板坯連鑄二冷通用仿真軟件，并對薄板坯連鑄的凝固傳熱過程及應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了研究分析。
　　針對具體薄板坯連鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，研究確定其在縱向和橫向上的結(jié)晶器邊界條件和二冷邊界條件，建立了薄板坯連鑄二維凝固傳熱數(shù)學(xué)模型，并

2、采用差分?jǐn)?shù)值分析方法對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了離散求解。對大部分薄板坯結(jié)晶器為漏斗型的特點，采取了結(jié)晶器總傳熱量相同和熱流密度在拉坯方向上的變化規(guī)律相同等原則進(jìn)行處理，使薄板坯的二冷傳熱軟件實現(xiàn)了通用化。同時，研究確定了相關(guān)鋼種的物性參數(shù)。
　　研究薄板坯連鑄機(jī)的特點，應(yīng)用Visual Basic語言，設(shè)計開發(fā)了薄板坯連鑄二冷通用仿真軟件。軟件考慮了薄板坯連鑄在鑄坯橫向上二次冷卻不均勻的特點，考慮了水流密度在橫向上的疊加，軟件能夠模擬鑄坯橫

3、向表面溫度的變化和不均勻性，能夠優(yōu)化噴嘴的布置、能夠模擬凝固殼的形貌。通用軟件主要功能包括薄板坯連鑄凝固傳熱過程仿真計算、橫向凝固殼生長形貌分析和數(shù)據(jù)圖形后處理。
　　結(jié)合薄板坯連鑄實際生產(chǎn)工藝，對鑄機(jī)結(jié)構(gòu)、二冷制度等進(jìn)行了詳細(xì)分析，并采用通用仿真軟件對薄板坯在實際生產(chǎn)中的凝固傳熱進(jìn)行仿真計算。計算得到的薄板坯凝固殼生長規(guī)律和溫度分布變化規(guī)律均符合連鑄生產(chǎn)實際和冶金準(zhǔn)則。
　　根據(jù)通用仿真軟件中建立的數(shù)學(xué)模型邊界條件，借助商

4、業(yè)軟件MSC.Marc，建立了薄板坯連鑄凝固二維有限元傳熱模型，并進(jìn)行仿真計算。Marc計算獲得的薄板坯的溫度場數(shù)據(jù)與通用仿真軟件計算結(jié)果進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明在同一拉速和斷面位置條件下，通用軟件仿真得到的鑄坯表面溫度和坯殼厚度基本上跟Marc模擬計算結(jié)果基本吻合，這證實了仿真軟件的可靠性與軟件對實際生產(chǎn)中的指導(dǎo)意義。
　　結(jié)合熱彈塑性應(yīng)力理論，在Marc軟件中建立了薄板坯連鑄熱彈塑性應(yīng)力數(shù)學(xué)模型，并對薄板坯連鑄過程中的應(yīng)力應(yīng)變狀