方坯连铸过程温度场仿真系统的研究与开发

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随着我国钢铁工业的迅速发展,目前我国钢铁冶金行业的主要任务已经变为努力提高产品的市场竞争力,大力开发高品质钢材[1],要生产出高质量的钢材,就必须对钢的连铸过程进行合理控制,特别是要对铸坯的冷却过程进行有效控制,因此有必要对铸坯的温度场进行定量分析。   本文描述的方坯连铸过程温度场仿真系统把铸坯冷却过程中温度场的求解作为重中之重,首先对连铸坯冷却过程中的传热影响因素进行了分析,然后利用能量守恒法及傅立叶传热定律对铸坯凝固传热的偏微分方程进行了推导,在对方程的初始条件和边界条件进行讨论后确定出本文采取的解决方法。对于方程中需要带入的热物性参数,也进行了必要的设定。建立铸坯凝固传热模型以后,用交替方向隐式差分法(ADI)对模型求解。总的思想是,在恒定拉速下,选取铸坯的一个切片,通过模拟这个切片从结晶器弯月面到空冷区的温度场的变化过程,来得到整个铸坯温度场的分布。此外,对于模型的求解结果进行了验证。以宝钢某厂生产的断面为160mm×160mm的某型号高碳钢的数据为例,带入模型计算,并根据计算结果利用Matlab绘制出关键工位的温度场分布图,计算结果表明模型计算带来的误差在实用精度的要求范围之内。   本文与其它文献中的传热模型相比,最大的区别在于采用ADI算法求解传热模型的同时将内弧、外弧和侧面的边界热流密度分别设置,这样做的好处是使边界条件更贴近实际情况,可以模拟铸坯内弧、外弧、侧面的热流密度各不相同的情况下铸坯的传热情况。另外,分别设置三个面的热流密度函数,不仅可以使模型应用于方坯的温度场仿真,而且可以通过将侧面的热流密度设置的足够小来计算板坯连铸过程中温度场,增加了模型的通用性。   在铸坯凝固传热模型的基础上,开发方坯连铸过程温度场仿真系统,采用微软公司的Visual Studio.Net系列语言中的C#语言作为开发工具,使用技术上较成熟的数据库工具SQL Server2000存储数据,使用Tchart作为图表的绘制工具,实现了铸坯温度场求解及切片的跟踪和动态演示。
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