连铸二冷控制
板坯连铸二冷配水对铸坯质量的影响[兼容模式]
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连铸二冷配水工艺技术北京科技大学冶金工程研究院 刘建华liujianhua@主要内容1 二冷控制的重要性 2 铸坯凝固传热模型 3 二冷配水原理及方法简介 4 连铸二冷动态配水系统1. 二冷控制的重要性 出结晶器的连铸坯凝固坯壳厚度仅有8～15mm， 铸坯的中心仍为液态钢水 为使铸坯快速凝固及实行顺利拉坯，结晶器之后 设置二次冷却装置，在该区域铸坯的凝固坯壳厚 度继续增加； 铸坯在二次冷却区中可能经受弯曲、矫直的变化， 同时液态钢水的大部分（或全部）发生凝固。
1. 二冷控制的重要性生产普钢为主向生产优钢、品种钢、特钢转变， 对连铸机的二冷控制要求也越来越高必须根据钢种、浇注断面、浇注温度、拉坯 速度和铸机几何尺寸等参数来制定连铸机二冷区合 适的冷却制度。
提高配水计算的适时性、可靠性，优化二冷控制1. 二冷控制的重要性1.1 二次冷却对铸坯质量的影响各段之间的冷却不均匀，导致铸坯表面温度呈现 周期性的回升导致凝固壳发生反复相变，是铸坯皮下裂纹 形成的原因。
1.1 二次冷却对铸坯质量的影响回温引起坯壳膨胀 当施加到凝固前沿的张应力超过钢的高温允许强度和临界应变时，铸坯表面和中心之间就会出现中间裂纹。
粗大纵裂纹较细小的纵裂纹1.1 二次冷却对铸坯质量的影响二冷不当，矫直时刚好位于脆性区，在矫直力作用下，容易在振痕波 谷出现表面横裂纹。
局部的强冷会使表面产生张应力而产生表面裂纹。
1.1 二次冷却对铸坯质量的影响二次冷却太弱，易产生鼓肚 二冷区内铸坯四个面的非对称性冷却，会加重铸坯菱变 二冷冷却强度对铸坯中心偏析也有影响1.1 二次冷却对铸坯质量的影响 二冷较易调整，但对铸坯质量影响显著 二冷对表面质量和内部质量影响不一致 二冷技术的发展较为迅速扒皮率,%70 60.06050 40 30 2010 0 150.0抽样板坯34块16.7 4.8234试验方案1. 二冷控制的重要性1.2 二冷的主要工艺参数 冷却强度 根据所浇注的钢种决定 冷却方式和装备 水喷雾冷却、气－水喷雾冷却、干式冷却、半干式冷 却等 冷却水的分配 二冷区整个长度上的分配要与铸坯的凝固相适应；在 宽度方向上的分布要求温度尽可能均匀。
板坯连铸表面目标温度值二冷动态控制
各段的铸坯表面 目标温度值 ，连铸生产 中根据钢 种、 铸坯 断面尺寸、 中间包钢水温度 、 拉坯速度 、 结 晶器传热、 二冷水量等参数的变化 ， 应用铸坯传热
凝 固数 学 模 型 ， 隔一 个 时 间段 ， 线计 算 一 次 二 每 在
冷各段的铸坯表面温度 ｔ 用计算得到的铸坯实际表 面 温度 与 预 先 设 定 的铸 坯 表 面 目标 温 度值 进 行对
摘 要： 详细 阐述 了 １０ ｍ、０ ｍ ｌ０ ｍ ８ｍ ２ ０ ｍｘ ０ ｍ双流板坯铸机 １
的意 义 。
表面 目标温度值二冷动态控 制的原理 、 循的原则及表面 目 遵 标温度值的确定 ， 探讨 了二冷动态控制 系统 的开发 ， 为今后
新建与改造连铸机提供 了完整的控制技术。 关 键词 ：双 流板 坯连铸 ，二冷动态 控制系统 ， 面 目标 温 表 度值 ，二冷冶 金原则 ，钢种 高温力学性能
介绍。
图 １ 板 坯 连 铸 机 辊 列
该 板坯 连 铸 机二 次 冷 却 区共 分为 ８ 区 １ 个 ４条 回路 ， 具体 划分 详见 表 １ 基 于铸机 结构和 二冷冶 金 。 原 则制定 合理 的表 面 目标 温度 ，只需 确定沿 拉坯方 向若 干个控 制点 的 目标 温度 。每个 回路设 置一 个 目 标温度 点 ，目标 温度 点选择 在各个 二 次冷却 区的终 点位置 处 ， ８ 点 。 共 个 每条 回路 均设有 电磁流量 计和
Hale Waihona Puke ２ １ 铸机特性 ． １０ ｍ、０ ｍ １０ｍｍ板 坯 连 铸机 在 满 足用 ８ｍ ２０ ｍｘ ０ １
户要 求的生产 钢种 、产 品规格 及年产 量等基 本工 艺 参 数前提 下进 行总体 设计 ，确 定铸机机 型和铸 机基 本 弧半径 、 辊列 等参数 ， 划分 二 次冷却 区 。板坯 连铸 机 辊列如 图 １ 示 。 所
连铸过程的冷却制度
连铸过程的冷却制度1.结晶器冷却（一次冷却）2.二冷区冷却（二次冷却）铸坯冷却的控制钢水在结晶器内的冷却即一冷确定，其冷却效果可以由通过结晶器壁传出的热流的大小来度量。
1、一冷作用：一冷就是结晶器通水冷却。
其作用是确保铸坯在结晶器内形成一定的初生坯壳。
2、一冷确定原则：一冷通水是根据经验，确定以在一定工艺条件下钢水在结晶器内能够形成足够的坯壳厚度和确保结晶器安全运行的前提。
通常结晶器周边供水2L/min.mm。
进出水温差不超过8℃，出水温度控制在45-50℃为宜，水压控制在0.4-0.6Mpa.结晶器水质一般达到以下技术条件以免结晶器水槽内铜板表面结垢，影响结晶器传热。
固体不大于10㎎/L。
总悬浮物不大于400㎎/L。
硫酸盐不大于150㎎/L。
氯化物不大于100㎎/L。
总硬度（以CaCO3计）不大于10㎎/L。
PH值为7.5---9.5.小方坯用工业清水，板坯常用软水。
结晶器的作用◆在尽可能的拉速下，保证铸坯出结晶器是形成足够厚度的坯壳，使连铸过程安全的进行下去，同时决定了连铸机的生产能力；◆结晶器内的钢水将热量平稳的传导给铜板，使周边坯壳厚度能均匀的生长，保证铸坯表面质量。
结晶器内坯壳生长的行为特征(1)钢水进入结晶器，与铜板接触就会因为钢水的表面张力和密度在杠爷上部形成一个较小半径的弯月面。
在弯月面的根部由于冷却速度很快（可达100℃/s），初生坯壳迅速形成，钢水不断流入结晶器,新的初生坯壳就连续不断的生成，已生成的坯壳则不断增加厚度。
(2)已凝固的坯壳，因发生δ→γ的相变，使坯壳向内收缩而脱离结晶器铜板，直至与钢水静压力平衡。
(3)由于第（2）条的原因，在初生坯壳与铜板之间产生了气隙，这样坯壳因得不到足够冷却而开始回热，强度降低，钢水静压力又将坯壳贴向铜板。
(4)上述过程反复进行，直至坯壳出结晶器。
坯壳的不均匀性总是存在的，大部分表面缺陷就是起源于这个过程之中。
(5)角部的传热为二维，开始凝固最快，最早收缩，最早形成气隙。
连铸二冷区凝固传热及冷却控制
一参考文献中的ｈ＊ｗ值。 逼近计算法以满足冶金准则进行回归。
·液相穴对流运动 对流传热化成等效导热处理。 液相穴：Ａ Ｌ＝ｒｎａｓ 两项区：＾Ｓ／Ｌ＝Ａｑ＋Ａ，／２ ·目标表面温度确定
一冶金原则 一高温脆性曲线（图１１）
ＴＬ。１５，‘一●ｔ㈨ ｓ…＜ＯＪ｛ 一’”‘。‘ｔＯ”＊ｃ
·水滴浸渍（２５％） 在设备和工艺一定的条件下，辐射和夹辊导热 变化不大，喷淋水传热占主导地位。 要提高二冷区传热效率，就必须提高喷雾水滴 与高温铸坯之间热交换，可以表示为：
币＝ｈ（Ｔｓ—Ｔｗ） Ａ． 式中：面一热流
ｈ一传热系数 Ｔｓ一铸坯表面温度 Ｔｗ一冷却水温度 Ａ一喷雾冷却面积 实际上，二冷区是一个复杂的传热过程，传热受 多种因素（Ｔｓ、Ｔｗ、表面ＦｅＯ、水滴状态．．．）的影响， 总的传热效果可归结到传热系数ｈ上。ｈ值大，传 热效果就好；二冷区ｈ值分布合理。说明铸坯表面 温度分布均匀，而表面温度决定二冷喷水冷却温度。
铸坯表面：结晶器≠＝Ａ一口正 二冷区≠＝ｈ（Ｌ—Ｌ） 空冷区≠＝ｎ（赡一瑶）
５．４ 计算参数选择与处理 ·钢种热物性参数，如ＴＬ、Ｔｓ、ｐ、Ａ、Ｃ，参考文
献。 ·凝固潜热： 一查文献钢种潜热 一如查不到利用热焓一温度曲线（图１０） ·结晶器热流
≠＝Ａ一目正
≠＝ｃ。×Ｗ ｘ ＡＯ／Ｆ ·二冷区综合传热系数ｈ
”，她，二冷强度越大，连铸机生产率就越高。 １．２ 确保连铸坯的质量
二冷强度是受铸坯质量（尤其是裂纹）制约的。
铸坯裂纹形成决定于： ·钢高温力学行为。 ·铸坯表面状态。 ·高温铸坯第二相质量行为。 ·高温坯壳的变形。 上述因素的综合作用，刨造了裂纹形成和扩展
的条件，是与二冷制度密切相关的。 具体来说，与二冷相关的铸坯缺陷有（图１） ·表面纵裂纹 ·横裂纹 ·中间裂纹 ·中心裂纹 ·轿直裂纹 ·中心疏松 在设备与工艺一定的条件下，选择合适的二冷
连铸二次冷却技术
连铸二次冷却技术连铸二次冷却技术是一种先进的冶金技术，广泛应用于钢铁生产中。
它能够有效地改善钢材的质量和性能，并提高生产效率。
本文将从连铸二次冷却技术的原理、应用和优势等方面进行阐述。
连铸二次冷却技术是在连铸过程中对钢坯实施二次冷却的一种方法。
连铸是将熔融的钢液直接注入铸型中，通过快速凝固形成钢坯的过程。
然而，由于连铸速度较快，钢坯内部的温度梯度较大，容易产生缺陷，如结晶器板裂纹、气孔等。
为了解决这些问题，连铸二次冷却技术应运而生。
连铸二次冷却技术的原理是在钢坯连铸过程中，通过在连铸机出口处设置冷却装置，对钢坯进行高效冷却。
冷却装置通常由喷淋系统和冷却器组成。
喷淋系统通过喷嘴将冷却介质均匀地喷洒在钢坯表面，使其迅速冷却。
冷却器则通过引入冷却介质，使钢坯内部也能得到充分的冷却。
这样，可以有效地控制钢坯的温度梯度，降低缺陷的产生。
连铸二次冷却技术在钢铁生产中具有广泛的应用。
首先，它可以改善钢材的质量和性能。
通过控制钢坯的冷却速度和温度分布，可以使钢材的晶粒细化，晶界清晰，提高其力学性能和耐热性能。
其次，连铸二次冷却技术还能降低钢铁生产的能耗和生产成本。
由于钢坯冷却时间缩短，生产周期减少，能耗也相应降低。
此外，冷却介质可以循环利用，减少资源的浪费。
与传统的连铸技术相比，连铸二次冷却技术具有明显的优势。
首先，连铸二次冷却技术可以灵活地调整冷却参数，适应不同钢种和规格的生产需求。
其次，该技术的操作简单，易于控制，减少了人为因素对产品质量的影响。
再次，连铸二次冷却技术具有较高的冷却效率，能够快速冷却钢坯，提高生产效率。
最后，该技术可以降低环境污染。
由于冷却介质可以循环利用，减少了废水和废气的排放。
连铸二次冷却技术是一种先进的冶金技术，对于改善钢材质量、提高生产效率具有重要意义。
通过合理应用该技术，可以有效地控制钢坯的温度梯度，减少缺陷的产生，提高钢材的质量和性能。
同时，连铸二次冷却技术还能降低能耗和生产成本，减少环境污染，具有广阔的应用前景。
矩型坯连铸机二冷水控制模型的研究与应用
注 到 成 材 需 要 经 过 两 次水 冷 却 ， 即 一 冷 次
却 和 二 次 冷 却 。 次 冷 却 是 由 结 晶 器 来 完 一 成 ， 水 在 这 个 阶 段 冻 结 成 型 ， 后 钢 坏 进 钢 然
入 二 冷 区 ， 次 冷 却 在 整 个 连 铸 生 产 中 尤 二
坯 连 铸 机 等 一 采 用 温 度 推 算 动 态 控 制 法 般
Ｋｅ Ｗ ｏ ｄ： ｃ ａ ｇｕ ａ ｂ ｌｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｃ ｓ ｉ ｇ ｍ ａ ｈｉ ｅ ｓ ｃ ｎ ａ ｙ ｏ ｌｎｇ ｏ ｒ ｌ ｍｏ ｅ ｙ ｒ Ｒｅ ｔ ｎ ｌ ｒ ｉｌ ｔ ｏ ｔ ｎｕ ｕｓ ａ ｔ ｎ ｃ ｎ ｅ ｏ ｄ ｒ ｃ ｏ ｉ ｃ ｎｔ ｏ ｄｌ
１概述
目前 ， 内 钢 厂 的 铸 坯 生 产 大 多 都 采 国
用 立 弯 梁 式 连 铸 机 ， 类 型 的 连 铸 机 从 浇 该
出 最 合 适 的 冷 却 水 量 。 二 十 世 纪 ８ 年 代 在 ０ 中 后 期 ， 洲 、日本 以 及 美 国 的 一 些 先 进 的 欧 连铸 机 已 逐 步 采 用 二 冷 动 态 控 制 系 统 。 我 国 现 有 的 大 部 分 铸 机 采 用 静 态 控 制 法 控 制
当 Ｖ＜ ０４ ｒｉ 时 ， ＝Ｏ Ｑ＝Ｂ． ．ｍ／ ｎ Ａ ， ． ａ
当 Ｖ＞ ０ ４ ｒｉ 时 ， ； ， ．ｍ／ ｎ Ｂ＝０ Ｑ＝Ａｉ （） ａ × ３ 式 中Ｑｉ 一 二 冷 区 各 段 水 量 ， ｍｉ ～ Ｌ／ ｎｌ
Ｖ一 一 拉 速 ， ｍ／ｍｉ ｎ； ＡｉＢｉ 一 各 段 的 配 水 参 数 。 、 一 拉 速 小 于 ０． ｍ／ｍｉ ４ ｎ时 ， 冷 水 量 Ｑｉ 二 等
Ｑ＝Ａ Ｖ＋Ｂ ｘ
连铸二冷区技术原理
148CHINA INSTRUMENTATION2010年 增刊由于铸坯凝固速度比拉坯速度慢很多，随着浇注的进行，铸坯内形成一个很长的液相穴。
铸坯带着液芯进入二冷区接受喷水冷却，目的是使铸坯完全凝固，表面温度分布均匀，内外温度梯度小，然后进入拉矫机。
铸坯在二冷区要全部凝固还需散出 210～294kJ/kg 的热量。
所以，从结晶器出口到拉矫机前的一定范围内设置一个喷水冷却区，叫二冷区，向铸坯表面喷射雾化水滴，铸坯表面温度突然降低，铸坯表面和中心之间形成了较大的温度梯度，这是铸坯向外传热的动力。
二冷水的控制特点是要求流量控制范围大，控制精度高，因此常采用高精度的电磁流量计对水流量进行检测。
凌钢1700ASP 连铸铸坯生产过程中，边角温度下降快，二冷区采取气—水雾化冷却系统控制，借以避免局部水楔和开浇、停浇时残流所造成的冷却不均匀。
2 系统概况凌钢1700ASP 连铸二冷水系统采取气—水雾化冷却控制，即在8个冷却区中，第1区（即结晶器喷水区）喷水冷却，防止拉漏和鼓肚，2~8区采取气—水雾化冷却。
气—水冷却系统分区如图1所示。
以上各冷却区均设置流量调节阀，一级计算机根据钢坯横截面、拉速、钢种等修正参数、设定冷却水、二冷空气流量的设定值，同时控制各区的流量调节阀的开度，实现对气水配比控制。
二次冷却水流量与拉速满足以下关系:Qi A v B v C xax i i i 2=++b ^h 式中：Qi 为某一控制回路的流量设定值;连铸二冷区技术原理The Theory of Second Cooling Zone1 引言众所周知，在连铸生产工艺流程中，从结晶器拉出来的铸坯凝固成一个薄的外壳，而中心仍为高温钢水。
（1）中国仪器仪表 CHINA INSTRUMENTATION2010年 增刊149v 为拉坯速度;α为过冷补偿系数;β为喷水宽度调整补偿系数（仅第三段控制回路有此项）。
3 气水冷却配比控制在汽水冷却段，为了达到气水喷雾冷却的预期效果，必须保证冷却水与压缩空气的正确配比。
板坯连铸动态二冷与轻压下建模及控制的研究的开题报告
板坯连铸动态二冷与轻压下建模及控制的研究的开题报告
标题：板坯连铸动态二冷与轻压下建模及控制的研究
研究背景和目的：
板坯连铸是铸造板材的重要工艺之一，具有高效、高品质、低成本等优点，在钢铁制造中应用广泛。
然而，连铸过程中不同的熔体温度、凝固速度和冷却率等因素会
影响板材的形态、质量和性能，因此需要开展相关研究，探索优化连铸过程的方法。
在板坯连铸过程中，二冷和轻压是常用的控制手段，可以改善板材的宽度差、结晶器压力和质量等问题。
研究板坯连铸动态二冷和轻压下的建模和控制，有助于优化
板材形态和质量，并提高生产效率和经济效益。
研究内容：
本研究旨在开展板坯连铸动态二冷与轻压下建模及控制的研究，具体研究内容包括：
1. 分析板材连铸过程中的温度、凝固和形变等因素，建立板材连铸的动态二冷和轻压模型，研究模型参数对板材形态和质量的影响。
2. 采用数值解法，对板材连铸的动态二冷和轻压过程进行仿真，分析不同控制参数对板材形态和质量的影响。
3. 基于仿真结果，设计合理的板材连铸动态二冷和轻压控制策略，建立控制系统框架，实现连铸过程的自动化控制。
研究意义：
本研究可以深入探索板坯连铸的动态二冷和轻压控制方法，优化板材形态与质量，提高生产效率和经济效益，具有重要的实际应用价值和学术意义。
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偏析裂纹/中间裂纹
三角区裂纹 内部缺陷 对角线裂纹 中心线裂纹 中心偏析/疏松 角部纵向裂纹 表面缺陷 横向表面裂纹
冷却不均，偏析严重
宽面鼓肚 窄面鼓肚 液芯末端鼓肚 冷却制度不合理 冷却不均匀 冷却不均
横向角部裂纹
铸坯鼓肚 形状缺陷 厚度偏差
冷却过强、棱边过冷、脆性区矫直
冷却制度不合理 冷却不均、辊子位置不合理
挠曲、不直……
……
（1）二次冷却与铸坯质量
表面缺陷 内部缺陷 形状缺陷
缺陷分类 产生原因 解决措施 相关工作
冷却不均匀
冷却强度不合理
优化喷嘴布置和选型
优化二冷水量
研究二冷边界换热机理 动态二冷配水
（2）连铸二次冷边界换热机理
二冷区散热机理示意图
（3）动态二冷配水与控制
比例控制法
Q aV b
铸坯尺寸280×380 铸坯尺寸280×325
二冷区 结晶器
5 10
空冷区
15 到弯月面距离(m) 20 25
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 0
铸坯尺寸280×380 铸坯尺寸280×325
温度(℃)
温度(℃)
读取喷嘴性能数据
计算并输出整个铸坯表面 的水流密度分布
修正喷嘴的流量计 算水斑形状
（7）前处理模块－喷嘴流量特性
10 9 8 7
2.8 2.6 2.4 NO.1 NO.2 NO.3
NO.1 NO.2 NO.3
相对水流密度（％） 水流量(L/min)
2.2
6 2.0 5 1.8 4 1.6 3 1.4 2 1.2 1 1.0 0.1
1. 绪论 2. 连铸二冷三维稳态温度场数学模型 及计算方法 3. 连铸三维温度场数值模拟 4. 连铸二冷动态控制模拟仿真 5. 结论
（1）厚板坯连铸机结构
厚板坯连铸机喷嘴与辊列布置图
（2）厚板坯连铸工艺参数
计算所用工艺参数
铸坯断面尺寸
拉速 钢种 过热度
19000mm×220mm×34200mm
i
（５）边界条件
结晶器内采用第二类边界条件
q 2675200 B z v
二冷区采用第三类边界条件
hnat 0.8418(Tsurface Tambient )
2 2
0.33
自然对流 辐射 水雾冷却
hrad (Tsurface Tambient )(Tsurface Tambient )
内弧热流密度分布 热流密度分布
内弧温度分布 温度分布
（3）厚板坯温度场模拟结果
1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 到弯月面距离(m)
中心温度 表面温度 目标温度 换热系数
（5）本研究主要内容
1. 建立三维稳态凝固传热数学模型，并开发相应的静 态模拟仿真系统。考虑复杂的二冷边界冷却条件和 换热机理以及糊状区凝固特征； 2. 模拟不同铸机多工艺条件下的温度场，分析工艺因 素对连铸坯温度场的影响。 3. 建立用于动态二冷控制的二维非稳态数学模型，开 发动态二冷模拟仿真系统； 4. 模拟不同目标条件下的动态二冷控制过程。
Q235B 45 U71Mn
温度(℃)
温度(℃)
二冷区 结晶器
5 10 15
空冷区
20 25
到弯月面距离(m)
Q235B 45 U71Mn
温度(℃)
钢种对铸坯温度场的影响
二冷区 结晶器
5 10 15 20 25
空冷区
到弯月面距离(m)
（8）连铸工艺参数化－铸坯尺寸
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 0
铸 坯 表 面 点 温 度 梯 度
350 300 250 200
铸坯厚度方向温度梯度 铸坯宽度方向温度梯度 铸坯拉坯方向温度梯度
温度梯度(℃/cm)
150 100 50 0 -50
-100 -150 -200 0 5 10 20 到弯月面距离(m) 15 25 30
（4）大方坯连铸机辊列分布
大方坯辊列分布图
（3）能量守恒方程
ρ－密度(kg/m3) Cp－定压比热(J/kg· K) keff－热传导系数(W/m· K) Sl －内热源(W/m3)
（4）凝固模型
糊状区温度
Tmush Tpure m C
i
i
i i 1 1
溶质浓度守恒
C0 Cs 1 Cl
反扩散方程
12 Ds i i i i i i Vcast Cs Vcast Cl 2 Cl Cs z z 2
Q aV 2 bV c Qi aiV bi
参数控制法（拉速串级配水控制法） 非稳态控制方法 目标表面温度动态控制法
（4）目前研究现状
1. 大部分现有模型采用基于经验公式的凝固液、固 相线温度表达式，糊状区温度和固相分数之间的 关系处理过于简单； 2. 大部分现有的模型采用平均换热系数处理二冷区 不同扇型段的冷却强度，忽略了辊子与铸坯间的 热传导，忽略了不同喷嘴型号带来的水斑形状的 差异； 3. 大部分现有模型往往取铸坯的四分之一作为研究 对象，忽略了铸机结构对热量传输的影响以及铸 坯内外弧面的差异带来的换热机理的区别；
1.0m/min Q235B 20℃
Q235B钢主要化学成分
钢种 Q235B C 0.16 Si 0.20 Mn 0.5 S 0.04 P 0.04 Cr 0.2 Ni 0.2 Cu 0.2
（3）厚板坯温度场模拟结果
水流密度分布 铸坯表面温度分布 糊状区形貌
（3）厚板坯温度场模拟结果
内弧水流密度分布 水流密度分布
（4）目前研究现状
4. 大部分现有模型对热物性参数的选择过于简单， 不能反映钢液成分、铸坯温度等因素对材料热物 性参数的影响； 5. 大多数动态控制模型是针对特定铸机的一维动态 控制，通用性不高，不能可靠地反映浇注条件频 繁发生变化的实际连铸过程； 6. 国内许多钢厂的连铸二冷模型都是与连铸机一并 从国外引进的，其传热计算、控制策略等核心算 法存在缺陷，不能满足工艺的需要求。
15 20 25
到弯月面距离(m)
（8）连铸工艺参数化－拉速
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500
v=0.6 v=0.8 v=1.0
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 0 v=0.6 v=0.8 v=1.0
（8）温度场计算模块
开始 读取输入文件 三维网格剖分
设置边界条件及参数的初始值
用 TDMA方法求解 xy方向上的节点温度
更新 xy方向上的固相分数及节点温度
否
计算收敛？
是
输出计算结果
Z方向计算结束 ?
否
是
计算结束
（9）导热模型验证
初始条件 T x, y, t t 0 1000 边界条件
（5）大方坯温度场模拟结果
铸坯表面水流密度分布
铸坯表面温场
（5）大方坯温度场模拟结果
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500
2 1 3 1
铸坯纵截面固相分数
1.0
0.0
温度（℃）
Y
X
2 3
1.0
0.7
7 .3 .7 0. 0 0.30
Abaqus VCast
40000 35000 30000
Abaqus VCast
温度(℃)
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 10 20 30 40 50 60 时间(s) 70
温度(℃)
25000 20000 15000 10000
A
5000
B
80
90 100
连铸凝固传热与二冷控制数值模拟
报告内容
1. 绪论 2. 连铸二冷三维稳态温度场数学模型 及计算方法 3. 连铸三维温度场数值模拟 4. 连铸二冷动态控制模拟仿真 5. 结论
（1）二次冷却与铸坯质量
鼓肚 中间裂纹
表面纵裂纹
星形裂纹
常见的铸坯缺陷
（1）二次冷却与铸坯质量
缺陷类型 缺陷名称 产生原因
报告内容
1. 绪论 2. 连铸二冷三维稳态温度场数学模型 及计算方法 3. 连铸三维温度场数值模拟 4. 连铸二冷动态控制模拟仿真 5. 结论
（1）三维空间坐标系的建立
y x
1. 取整个铸坯为计算区域：
z
2. 可取 ¼ 铸坯为计算区域：
（2）模型基本假设
由于拉坯速度远大于拉坯方向的导热速度， 故忽略铸坯拉坯方向的导热； 忽略由于凝固冷却收缩引起的铸坯尺寸变化； 假设钢液的对流传热可用等效增强导热系数 处理； 对固定坐标系而言，假设在拉坯速度稳定的 情况下铸坯处于任一空间位置的温度不随时 间变化，即连铸凝固传热为稳态传热过程。
0.0
Z
二冷区 结晶器
0 5 10
空冷区
15 到弯月面距离（m） 20 25
0 1.
1. 0
0.7
关键点温度变化曲线
1.0
7 0.
（6）大方坯温度场计算结果