板坯连铸二冷动态轻压下辊缝收缩模型研究及软件开发

摘要

连铸二冷动态轻压下技术是近年来发展比较迅速的一种新工艺。二冷动态轻压下技术的应用，可以有效地改善或消除连铸坯凝固过程中的中心偏析和中心疏松质量问题，提高生产效益。二冷动态轻压下技术在国内处于刚起步状态，大多企业都是引进国外的设备，在技术方面仍是个黑匣子，尚未把握技术要领。因此自行研究开发动态轻压下技术具有重大的意义。 本文采用差分离散法建立了板坯连铸一维凝固传热模型，并应用截片阵列记忆思维模式对连铸过程铸坯的温度场实现动态模拟跟踪。在此基础上，结合PID控制算法，对连铸坯的温降规律进行实时调节控制。 在二冷动态模型实时跟踪的基础上，建立板坯连铸二冷动态轻压下辊缝收缩模型。辊缝收缩模型同时考虑了铸坯的自然凝固收缩和动态轻压下消除铸坯质量缺陷。模型通过温度梯度节点法计算固态和固液两相区的自然凝固收缩。在测试钢种高温性能的前提下，了解钢种产生内裂的临界应变，并推导计算动态轻压下区域的最佳压下量。 结合二冷动态模型和辊缝收缩模型，开发了板坯连铸二冷动态轻压下系统，并针对柳钢4号板坯连铸机AH36钢和Q345钢的生产实际工况进行了不同工艺条件的模拟研究。研究表明： (1) 二冷动态轻压下系统响应快速，动态调节性能良好，可以有效地控制铸坯表面温度， (2) 连铸坯的自然凝固收缩主要跟铸坯凝固状态有关，铸坯凝固壳厚度越大，收缩量越大，相应扇形段锥度越大， (3) 在常用拉速0.9m/min～1.1m/min时，柳钢4号连铸机AH36钢和Q3415钢生产动态轻压下的最佳总压下量通常在4mm～6mm， (4) 拉速增大，连铸坯的凝固末端位置和动态轻压下位置后移，动态压下量也相应增大。浇铸温度增大，连铸坯的凝固末端位置到弯月面距离会增大，但对动态压下量影响不大。与浇铸温度相比，拉速变化对轻压下参数的影响较大些， 二冷动态轻压下系统经过修正后，基本上能够真实反应连铸机的工作实况，可以有效辅助实际生产。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1国内外连铸技术的发展现状及趋势

1.1.1国外连铸技术的发展概况

1.1.2我国连铸技术的发展概况

1.2连铸二冷动态控制理论模型的发展

1.3连铸二冷动态轻压下技术原理及其发展

1.3.1二冷动态轻压下的目的和作用

1.3.2二冷动态轻压下技术原理

1.3.3二冷动态轻压下的影响因素及相关参数

1.3.4二冷动态轻压下理论与技术的发展历程

1.4课题研究内容的提出和研究技术路线

1.4.1课题研究内容的提出

1.4.2研究技术路线

2板坯连铸二冷动态模型算法的研究

2.1二冷动态模型的设计理念

2.2二冷传热模型的建立和求解

2.2.1传热微分方程及其求解

2.2.2传热边界条件的确定

2.3.3钢的热物性参数

2.3模型的二冷动态调节控制

2.3.1二冷动态调节器的选择

2.3.2二冷区PID调节控制算法及求解

2.4本章小结

3板坯连铸二冷动态轻压下的辊缝收缩模型算法研究

3.1 AH36钢与Q345钢的高温性能测试

3.1.1钢的高温性能测试的意义

3.1.2部分高温物理性能测试

3.1.3部分高温力学性能测试

3.2动态轻压下辊缝收缩模型算法

3.2.1辊缝收缩控制方法及参数

3.2.2压下位置的确定

3.2.3压下量的确定

3.2.4压下率的确定

3.3本章小结

4板坯连铸二冷动态轻压下模型的软件开发

4.1软件设计思路及程序流程

4.2软件的功能结构

4.3软件的界面设置及运行

4.4本章小结

5实际工况的仿真计算及结果分析

5.1模拟计算及分析的方案

5.2模拟计算的相关参数

5.2.1铸机结构参数及工艺参数

5.2.2浇铸钢种的热物性参数

5.3软件模拟计算的结果分析

5.3.1二冷动态模型的修正计算

5.3.2二冷动态调节性能模拟计算结果分析

5.3.3二冷动态辊缝制度计算结果分析

5.4本章小结

6结论

致谢

参考文献

附录