大圆坯连铸凝固传热过程的数值模拟

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铸坯的凝 固和坯壳生长直接关系到连铸坯 的质量， 应
大圆坯 连铸机为研究对象 ，建 立 了大 圆坯凝 固传热数学
用数值模 拟研究连铸凝 固过程 是一 种有效的方法＿ｌ 】。利 Ｊ 用数值模 拟，可 以计 算 出铸坯 的温度分布 、液心长度和 凝 固坯壳厚度 等重要参数 。 圆坯连铸 由于其 断面大 、 大 拉
［ ８ ］肖华勇 ，田 铮，孙进 才． 指数 函数拟合 曲线 的最 优基法 ［＿ Ｊ 数值 计算 与计算机应用 ，１９ ，２ ４： ０．１． ］ ９９ ０（ ３２３１ ）
２１ ０ ２年 第 ４ 卷 第 ３期 １
Ｖ Ｏ１ ４１ Ｎ Ｏ．３ ２０１ ． ２
童
加 熟
５ １
Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＩ ＡＬ ＥＡＴＩ Ｈ ＮＧ
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速 低的特点，近年来 关于大圆坯凝 固传热 的数值模 拟 日 益受到重视 ［ ， ］ ［５ 】 ［ ３］ 文以苏南装备 集 团 ６ ０Ｉｍ ］ －。本 ０ ｌ Ｔ
收稿 日期 ：２ １—２２；修 回 日期 ：２ １—２１ ０ １１—８ ０２０—３ 作者 简介 ：毛炳 良（９ ９ ） １６一 ，男 ，工 程师 ，主要从 事超 高功 率 电弧 炉 、钢包 精炼 炉 、Ｖ Ｄ炉 、连铸 工艺 生产 技术研 究．
Ａｂｔａ ｔ ａ ｉｇｔｅ ６ ０ｍｍ ｒｕ ｄｂｏ ｍ ｓｅｅｒ ｕｊｃ， 一 ａｓ ｎ ｔｅ ｔ ａ ｍｏ ｅ ｉ ｌ ｄｉ ｌｏ ｒｉａ ｓ ｍ ｓ ｓ ｃ：Ｔｋｎ ０ ｎ ｌｏ ａ ｓａ ｈｓｂｅｔ ａ１ ｔ ｎｉ ｔ ｈｍａｉ ｌ ｄｌｎｃ ｉ ｒ ａ ｃｏｄｎｔ ｓ ｔ ｗａ ｒ ｈ ｏ ｒ ｃ Ｄ ｒ ｅ ｍａ ｃ ｙｎ ｃ ｅｙ ｅ
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［］李 ６
军，金永龙，关志刚． 宝钢高炉热 风炉热平衡计算与分
析 ［． Ｊ 冶金能源，２ ０ ，２ ４：２ —２ ］ ０ ９ ８（） ９３ ．
［］ ＭＩ ＲＥ ７ Ｄ Ｔ ＩＶＡ，ＤＭＩ Ｒ Ｅ ＡＤ． ｅ ｆ ｏ ｄｔ ｎｏ Ｔ ｅ ｄ Ｔ ＩＶ Ｕｓ Ｃ ｎ ｉｏ ｆ ｈ ｒ — ｏ ｉ ｍｏ
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５ ０
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加 熟
２１ ０ ２年 第 ４ １卷 第 ３期
ＶＯ１ ４ｌ Ｎ Ｏ． ２０１ ． ３ ２
Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＩ ＡＬ ＨＥＡＴＩ Ｇ Ｎｆ
大 圆坯连铸凝 固传热 过程 的数值模拟
毛 炳 良 ，任 兵 芝２ ，韩 志伟２ 曹建峰２ 冯 科２ ， ，
（．江苏苏 南装备集 团，江苏 １ 常熟 ２ ５０ ；２ １５ ０ ．国家冶炼装备系统集成工程技术研究 中心，重庆 ４ ０ １ ） ０ ０ ３ 摘要 ：Ｖ ６ ０ｍｍ 大圆坯连铸为研究对象 ，建立了描述 连铸 大圆坯凝 固传热 的柱坐标一维瞬态传热数学模型 ，计算 了连铸坯 的温 ２￣ ０
空冷区和保温段 。连铸机基本参数见表 １ 。
３ ）从本研 究来看 ，不能笼统地 用铁矿石 品位 增加 ：
北京：冶金工业 出版社 ，２ ０ ： ０ ．２ ． ０ ２ ８ ３８ １
［】ＨＥ Ｌ Ｅ Ｇ Ｌ ＧＥ Ｊ ＮＳ ０ Ｉ ｅ １ Ｍａｈｍａｉ ｌ ５ ＬＢ Ｒ ＡＲ Ｏ Ｓ Ｎ ｔ ． ｔｅ ｔ ａ ， ａ ｃ
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【］王筱 留，齐宝铭 ，秦 民生．钢铁冶金学 （ ２ 炼铁部分）［ ． Ｍ］ ２
版． Ｉ京：冶金 工业 出版社，２ ０ ：１７２ ６ ＝ Ｅ ０ ８ ５—０ ．
６０ ０
７０ ０
２ ）铸坯表面 ：
一
Ｚ 冷区总长度／ － ｍ
冶金长度／ ｍ
２ ． ９
４ ０
百『
．
ｆ ０ ＞
＝ ｑ
式中：妫 断面直径，ｍ；ｇ 为表面热流密度，Ｊ 。在各 ／ ｍ 部分的具体表达式 为
【］ Ｈ ＭＯ Ｒ Ｓ ，Ｔ ＷＡＲ Ｒｅ ． ｓ ｏ ｏｉｏ ， ３Ｃ ＡＯＪ Ｒ Ｉ Ｒ Ｓ Ｅ Ｄ ＤＦ ， ａＧａ ｍｐ ｓｉｎ ｔ１ Ｃ ｔ
Ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｒ ｓｕ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｅ ｄ Ｂｌｓ ｕ ｎ ｃ ｅ ｅ ａｕ ａ ｄＰ ｅ ｓ ｒ Ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｓ ｎａＬ ａ ａ ｔ ｒ ａ ｅ ｅ ｅ ｉ Ｆ
Ｎｕ ｒ ｃ ｌ ｉ ｌ ｔ ｎ ｆ ｒＨｅ ｔ ａ ｓ ｕ ｉ ｇ Ｓ ｌ ｉ ｃ ｔｏ ｆ ｕ ｄ Ｂｌ ｏ Ｃｏ ｔｎ ｏ ｓＣａ ｔｎ ｍｅ ｉ ａ ｍｕ ａ ｉ ｏ ａ Ｓ ｏ Ｔｒ ｎ ￣ｒ ｄ ｒ ｎ ｏｉ ｆ ａ ｉ ｎ ｏ ｄｉ Ｒｏ ｎ ｏ ｍ ｎ ｉ ｕ ｕ ｓｉ ｇ
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表 １ 大圆坯连铸机基本参数
项目单位 ／
铸 机 基 本 半径 ／ ｍ
１ 铸坯 中心： ） 为轴对称传热，可视为绝热边界 条件 ，
即
技术参数
１ ６
一 ｌ．００ ｆ： ｒ＞ － 刮 ０
一
【 （ ８ Ｊ ）
（ ９ ）
【 Ｊ
铸坯断面直 径／ ｍ ｍ
结晶器 有效长度／ ｍｍ
模型，研究铸坯的温度分布 和坯壳凝 固生 长趋势 。
１ 连铸机基本参数
苏南装备集团￣ ０ ｍｍ大圆坯连铸机基本半径为 １ｍ， ０ ６
４机 ４流，设计年产量 ６ ０万 ｔ 。主要生产 优质碳 素钢 、管 线钢等钢种 。二冷区长度为 ２ ．ｍ，共 ３ ９ 个二冷分 区，其 中足辊区为全水冷 却，其余两 区为气雾冷 却。之后设有
Ｍ ｏ ｅ ｉ ｆｈ ｊｃｉｎｏ ｏ ｅＯ ｅ ａ ｔ ｌｓＦ ｒ ｄ ｌｎ ｏ ｅＩ ｅｔ ｆ ｋ ｖｎＧ ｓｉ ｏａＢ ａｔ ｕ— ｌｇ ｔ ｎ ｏ Ｃ ｎ
ｎ ｃ ｕ ｅ ［ ＿ ｃｎ ｉａｉ ｕｎ ｌ ｆ ｔ ｌｒｙ ０ ５３ ａｅＴ ｙｒ Ｊ Ｓ ａｄｎｖａ Ｊ ｒ ａ ｏ ａ ｕｇ ，２ ０ ， ｅ ］ ｎｏ Ｍｅ ｌ ４ （） ２ ９２ ５ ５： ６ －７ ．
焦比减少： 铁水 产量增加 ＝１： ３的经验规律应用于所 ２： 有 的铁矿及高炉生产。 且此研究提供 了一种能用于各生产 高炉分析矿石品位与焦比 、铁水产量关系的计算方法 。
参考 文献： 【］ 同晏． １徐 矿石品位与焦 比关系初 步分析 ［］鞍钢技术，１８ ， Ｊ＿ ９３
１ （１ －． ２ ４ ：１８
度场 ，并分析 了拉速 、过热度和钢种对铸坯 表面温度 和凝 固进程的影响。分析结果表明拉速对凝固终点位置影 响明显 ，拉速每提 高 ００ ｍｉ，凝固终点后移约 ３ ７ ．５ ｍ／ ｎ ． ８ ｍ。其计算结果与实际生产的实测数据 吻合 良好 。
关键 词：大 圆坯；连铸；凝固传热；数值模拟 中图分类号 ：Ｔ ７ ７１ Ｆ７． 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ．６ ９２ １）３０ ５ ．３ ０２ １３ （０ ２０．０ ００
Ｄｉ ｏ Ｃ ２ ０ （ ） ７ —８ ． ｅ ， Ａ， ０ ６ ２ ：１ １１ １ ｇ
［ ．Ｍｅ ｌ ｒｉａＴａ ｓｃｉ ｓ ，１７ ， （） ９ —０ ． Ｊ ］ ｔ ｌ ｇｃｌ ｒｎａｔ ｎ ａｕ ｏ Ｂ ９ ８９ ２：２ ３３ ０ Ｂ
［】周传典，刘万 山，王筱 留，等． ４ 高炉炼铁生产技术手册 ［ ． Ｍ】
Ｍ ＡＯ ｎ —ｉｎ ＥＮ ｎ — ｈ Ｂｉ ｇ ｌ ｇ ，Ｒ ａ Ｂｉ ｇ ｚ ｉ ，ＨＡＮ ｉｗｅ 。 Ｚｈ — ｉ，ＣＡＯ ｉｎ ｆ ｎ Ｊａ －ｅ ｇ ，ＦＥ ＮＧ Ｋｅ
（． ｉ ｇｕＳｎ ｎＥ ｕｐ ｎ ｏ ｐ ｈ ｎ ｓｕ ２ ５ ０ ， ｈｎ ； １ Ｊ ｎ ｓ ｕ ａ ｑ ｉｍｅ ｔ ｕ ，Ｃ ａｇｈ １５ ０ Ｃ ｉａ ａ Ｇｒ ２ Ｎａ ｏ ａＥ ｇｎ ｅ ｎ ｅｅｒｈＣ ｎｅ ｒｒｎ Ｓｅｌ ａｉｇＰａｔｎｅｒｔ ｎ Ｃ ｏ ｇｉｇ ４ ０ １ ，Ｃ ｉａ ． ｔ ｎ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ ｓａ ｅｔｒｏ ｏ ＆ ｔｅＭ ｋｎ ｌ ｔｇａｏ ， ｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ３ ｈｎ ） ｉ ｉ Ｒ ｃ ｆ Ｉ ｎＩ ｉ