连铸坯凝固传热的数值模拟

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连铸由于其生产成本低、工作效率高、操作灵活、高质量等优点在全世界的钢铁行业中都得到了迅速地发展。近几年,高效连铸成为连铸发展的一个主要趋势。温度在铸坯凝固传热过程中备受关注,它关系着铸坯的质量和产量,决定高效连铸能否顺利进行。 本文根据传热学基本原理和有限单元法,对连铸板坯的二维温度场进行了数值模拟。运用三角形和四边形混合网格对所研究的区域进行离散,采用加权余量法推导出二维稳态温度场的变分方程,并根据内部单元,第一、二、三类单元的不同特点推导有限单元数值模拟的控制方程,运用有限差分法对时间进行离散,完成对瞬时温度场的数值模拟。 本文运用FORTRAN语言作为编程工具,得到在不同时刻铸坯横截面的温度场分布及铸坯凝固传热过程中拉速、过热度、冷却强度不同的条件下,铸坯内的温度场及沿铸机方向上铸坯的表面温度和铸坯厚度的变化规律。 通过对铸坯温度场的模拟,分析了不同操作条件下铸坯沿铸机方向上温度的变化情况,可以看到在连铸坯的凝固传热过程中,拉速和二冷区的冷却强度是控制凝固速度及铸坯质量的主要因素,过热度对温度场和坯壳生长的影响相对于前两者要小的多。所以在实际生产过程中,为了提高产量,保证质量,就要求拉速和二冷区冷却强度达到合理的匹配。
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