連鑄板坯凝固傳熱數(shù)學(xué)模型的研究與應(yīng)用.pdf

1、連鑄坯的凝固傳熱是鋼水在連鑄機(jī)內(nèi)經(jīng)結(jié)晶器、二冷區(qū)以及輻射空冷區(qū)，以對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射等多種方式將熱量從凝固前沿向外傳遞的冷卻過程。由于鋼液的凝固傳熱影響連鑄坯質(zhì)量和連鑄機(jī)生產(chǎn)效率，因此，運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)與實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)連鑄坯凝固傳熱進(jìn)行研究，定量分析熱量在連鑄過程中的傳遞，對(duì)控制和改善鑄坯質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)控制有著重要意義。 本文以構(gòu)建具通用性的連鑄板坯凝固傳熱模型軟件為目標(biāo)，以攀鋼提釩煉鋼廠2＃板坯連鑄機(jī)的連鑄坯凝固傳熱計(jì)算與

2、控制問題為應(yīng)用背景，通過對(duì)鑄坯凝固傳熱過程的分析，構(gòu)建運(yùn)算速度較快的一維實(shí)時(shí)控制模型和計(jì)算精度較高的二維切片跟蹤模型，模擬計(jì)算鋼液在凝固傳熱過程鑄坯的溫度場(chǎng)變化及分布特征、鑄坯液相區(qū)和兩相位置、鑄坯坯殼的厚度及鑄坯凝固末端位置等參量，為連鑄生產(chǎn)的二冷控制及工藝調(diào)試提供支持。 連鑄板坯凝固傳熱模型由沿板坯厚度方向傳熱的一維實(shí)時(shí)控制模型，與沿板坯寬度方向和厚度方向傳熱的二維切片跟蹤模型構(gòu)成。通過對(duì)凝固傳熱微分方程數(shù)值求解方法——有限

3、差分算法的不同差分格式、算法特點(diǎn)、差分方程的穩(wěn)定性以及差分算法解的準(zhǔn)確性等的分析，確定了以混合隱式差分算法（C-N差分算法）作為內(nèi)核算法來構(gòu)建連鑄板坯沿厚度方向傳熱的一維實(shí)時(shí)控制模型；根據(jù)交替隱式差分算法（ADI差分算法）具有方程無條件穩(wěn)定，算法計(jì)算精度優(yōu)于顯式和隱式差分算法的特點(diǎn)，以ADI算法為內(nèi)核算法建立沿連鑄板坯寬度方向和厚度方向傳熱的二維切片跟蹤模型；采用追趕法（TDMA算法）對(duì)實(shí)時(shí)控制模型和切片跟蹤模型進(jìn)行數(shù)值求解。

4、連鑄板坯凝固傳熱模型軟件基于Windows開發(fā)平臺(tái)，選用Microsoft的VisualBasic6.0編程實(shí)現(xiàn)，模型界面設(shè)計(jì)以可用性、靈活性及可靠性為設(shè)計(jì)原則。其中，一維C-N實(shí)時(shí)控制模型可以實(shí)時(shí)計(jì)算連鑄板坯厚度方向的溫度分布情況，二維ADI切片跟蹤模型可以計(jì)算連鑄機(jī)內(nèi)所有切片在連鑄板坯寬度和厚度方向的溫度分布，并可通過定時(shí)間步長(zhǎng)變切片位置和定切片位置變時(shí)間步長(zhǎng)的方式完成對(duì)連鑄機(jī)內(nèi)的切片跟蹤。 連鑄板坯凝固傳熱模型軟件的離線測(cè)