1.一种基于数值模拟技术的铜覆钢水平连铸凝固传热分析方法,其特征在于,具体步骤如下:步骤1:根据铜覆钢水平连铸过程中结晶器和铜覆钢坯的结构和尺寸数据确定建模参数,利用三维建模软件建立结晶器和铜覆钢坯三维几何模型;结晶器由石墨外套、钢芯和铜套装配而成,钢芯穿过石墨外套,铜套固定在石墨外套表面;
步骤2:将结晶器和铜覆钢坯三维几何模型导入有限元分析软件中,设置网格参数、划分网格,设置条件参数,求解铜液在结晶器内的温度场,计算分析;
步骤3:根据关键工艺参数,针对铜覆钢水平连铸凝固传热问题,建立结晶器和铜覆钢坯凝固传热模型,将步骤2中的计算结果作为初始温度加载到凝固传热模型中;
所述步骤3中,所述关键工艺参数包括一冷水流量、二冷水流量、拉坯速度和连铸温度;
铜覆钢水平连铸过程包括由一冷区与二冷区所组成的水冷系统;一冷区的冷却水用于对铜套进行冷却,使得连铸过程中铜液降温凝固包覆在钢芯上;二冷区的冷却水用于对铜覆钢坯进行冷却;一冷水流量指的是水平连铸过程中一冷区的冷却水流量,二冷水流量是指水平连铸过程中二冷区的冷却水流量;
所述步骤3包括以下步骤:
步骤3.1:建立三维瞬态温度场的热传导方程;
步骤3.2:建立三维凝固传热模型;
步骤3.3:建立四节点四面体单元,基于该单元对不同边界条件进行传热分析;
步骤4:利用结晶器和铜覆钢坯凝固传热模型对铜覆钢水平连铸进行凝固传热计算;
步骤5:对铜覆钢水平连铸凝固传热计算结果进行数据分析并可视化处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟技术的铜覆钢水平连铸凝固传热分析方法,其特征在于,所述步骤2中,所述设置网格参数指在考虑结晶器和铜覆钢坯三维几何模型的单元信息、节点信息和边界信息的前提下,进行网格尺寸测试,不断加密网格,直到加密后的模型最大应力和加密前相差小于5%,即认为网格尺寸达到收敛。
3.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟技术的铜覆钢水平连铸凝固传热分析方法,其特征在于,所述步骤2中,所述设置条件参数包括设置初始条件、边界条件和物性参数;
所述初始条件指铜液在结晶器中充型并开始凝固时,结晶器和铜覆钢坯的温度分布;
所述边界条件指考虑结晶器与冷却水的对流换热系数,忽略结晶器与铜覆钢坯之间由于热胀冷缩造成的气隙和热传导;
所述物性参数指结晶器和铜覆钢坯的密度、导热系数和比热容。
4.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟技术的铜覆钢水平连铸凝固传热分析方法,其特征在于,所述步骤3.1中,所述三维瞬态温度场的热传导方程指铜覆钢水平连铸凝固过程中,结晶器内铸坯的温度分布取决于其自身内部的热量流动与外部的热量交换,结晶器受外部一冷区与二冷区的作用给铸坯提供足够的冷却作用,铸坯的温度时刻都在改变。
5.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟技术的铜覆钢水平连铸凝固传热分析方法,其特征在于,所述步骤3.2中,所述三维凝固传热模型指在结晶器和铜覆钢坯的温度在三维体上随位置及时间而变化的传热过程模型。
6.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟技术的铜覆钢水平连铸凝固传热分析方法,其特征在于,所述步骤3.3中,所述四节点四面体单元指在立体空间内按照逆时针方向以4个节点建立四节点四面体传热单元。
7.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟技术的铜覆钢水平连铸凝固传热分析方法,其特征在于,所述步骤5中,所述可视化处理指将凝固传热计算结果数据输入到Origin软件中,从数据图表角度分析铜覆钢水平连铸凝固过程的可靠性和安全性。
8.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟技术的铜覆钢水平连铸凝固传热分析方法,其特征在于,所述步骤2中,所述有限元分析软件为铸造分析软件ProCAST和有限元分析软件ANSYS。