[发明专利]一种连铸过程铸坯温度变化的数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种连铸过程铸坯温度变化的数值模拟方法，涉及钢铁生产技术领域，解决传统方法计算复杂的技术问题，方法包括：建立铸坯的三维模型，将所述三维模型进行切片，并建立切片的二维模型；对所述二维模型进行网格划分；根据傅里叶定律和能量守恒定律建立所述铸坯的二维传热模型；分别确定结晶器、二冷区、空冷区的边界条件；分别将所述结晶器、二冷区、空冷区的边界条件代入所述二维传热模型得到结晶器传热模型、二冷区传热模型、空冷区传热模型；分别通过结晶器传热模型、二冷区传热模型、空冷区传热模型计算所述结晶器、二冷区、空冷区的传热过程，并在所述二维模型进行模拟仿真。

技术领域

本发明涉及钢铁生产技术领域，更具体地说，它涉及一种连铸过程铸坯温度变化的数值模拟方法。

背景技术

连续铸钢(简称连铸)是将高温钢液通过钢包、中间包、结晶器、二冷区、空冷区进行冷却、凝固成型的一种工艺。连铸直接轧制为“连铸——切断——加热或补热——轧制”的方式组合，连铸坯拉出连铸机后切断成定尺，不经过加热炉加热，仅经边部加热或补热，然后直接快速通过保温辊道送入轧机进行轧制的技术，完全省去了加热炉工序，可节约能源、降低消耗。

连铸直接轧制存在导热问题，即铸坯的热量散失过大会影响轧制过程，因此需要对连铸传热问题进行研究分析。目前有工业试验法、数学解析法及数值模拟法。工业试验法需要花费大量的人力、物力、财力。数学解析法是采用数学方程来对工程问题进行解释，然后求解所列数学方程，计算复杂。数值模拟法是基于铸坯本身的物理及化学机制，通过计算机结合计算数学方法来求解铸坯宏观温度的变化规律的方法，仍存在计算复杂的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种可以降低计算复杂度的连铸过程铸坯温度变化的数值模拟方法。

本发明提供一种连铸过程铸坯温度变化的数值模拟方法，其特征在于，包括：

建立铸坯的三维模型，将所述三维模型进行切片，并建立切片的二维模型；

对所述二维模型进行网格划分；

根据傅里叶定律和能量守恒定律建立所述铸坯的二维传热模型：

式中：ρ为钢的密度，Cp为钢的比热容，λ为钢的导热系数，T为铸坯的瞬时温度，t为时间，x、y分别为切片的宽度、厚度的方向，q_v为内热源；

分别确定结晶器、二冷区、空冷区的边界条件；

分别将所述结晶器、二冷区、空冷区的边界条件代入所述二维传热模型得到结晶器传热模型、二冷区传热模型、空冷区传热模型；

分别通过结晶器传热模型、二冷区传热模型、空冷区传热模型计算所述结晶器、二冷区、空冷区的传热过程，并在所述二维模型进行模拟仿真。

作为进一步地改进，通过UG或PRO/E或Solid Work建立铸坯的三维模型，通过AutoCAD建立切片的二维模型。

进一步地，将所述二维模型导入ANSYS有限元分析软件进行网格划分，将所述二维传热模型与网格划分后二维模型进行关联设置。

进一步地，所述结晶器的边界条件为：

式中，Dp、Wp分别为铸坯长度和宽度,q_m为铸坯表面的热流密度

式中，P_W为冷却水密度，Q_W为冷却水流量，C_W为冷却水比热容，ΔT_W为结晶器进出水温差，F为结晶器有效受热面积。