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异型坯连铸技术是钢的连铸发展中最显著的成就之一。连铸异型坯是生产H型钢最理想的坯料,随着近年来热轧H型钢广泛应用而受到越来越多的关注,成为今后连铸技术发展的主要方向。我国的异型坯连铸技术起步较晚,迄今为止仅有四台异型坯连铸机投产,而且生产中由于异型坯断面的复杂性和冷却的不均匀,经常出现腹板裂纹等质量缺陷,因此,有必要对其进行深入研究。
本文以国内某连铸车间实际异型坯连铸机为原型,分析异型坯在结晶器、二冷区、空冷区的传热特点,建立了异型坯凝固过程二维非稳态传热模型。
本文采用贴体网格技术,推导了二维椭圆型偏微分方程网格生成法的坐标变换和反变换关系,建立物理平面与计算平面的相互联系。对网格控制方程进行离散,运用TDMA方法进行求解,编制贴体网格的程序模块,生成异型坯连铸物理区域的贴体网格。
完成了异型坯凝固传热控制方程从物理平面到计算平面的转换,并将物理区域中的边界条件向计算区域进行了一一对应转换。采用控制容积法对转换到计算平面的传热控制方程离散,并用交替隐式ADI方法进行求解。应用VB6.0语言,开发了异型坯连铸热过程仿真软件,可对不同拉速、浇铸温度、钢种、断面尺寸、二冷制度的异型坯温度场、坯壳厚度、液芯长度进行计算,结晶器、二冷区长度及其水量等均由界面输入,具有一定的普适性。
为验证模型有效性,本文用SAT-160红外热像仪对连铸异型坯进行现场测温试验,将多点的实测温度数据与模拟结果进行比较,误差均小于5%,证明该模型准确可靠。探索性地计算了不同工艺参数条件下的温度场分布,分析了工艺参数对铸坯温度场、坯壳厚度及液芯长度的影响规律,寻求了较为合理的拉速、过热度的区域。