轴承钢连铸钢水凝固与二冷配水优化的研究

摘要

高碳铬轴承钢是专用钢中质量要求最为苛刻的钢种之一，由于其碳和合金含量较高，在连铸过程中极易产生裂纹、偏析和缩孔等缺陷，使得轴承钢连铸技术的发展较为缓慢。　　二次冷却制度对连铸生产是非常重要的，它对铸坯裂纹和其它缺陷的形成有着很大的影响。所以合理的二次冷却制度是生产高质量连铸坯重要保障。　　石家庄钢铁公司炼钢厂连铸生产的轴承钢GCr15铸坯，由于二冷制度的不合理导致钢坯经常出现裂纹、疏松等缺陷。为获得良好的铸坯质量和产量，有必要对其连铸传热及应力和二冷制度进行研究并优化。调整和优化影响二冷区传热的各相关参数，可以提高铸坯的质量和生产率。　　本研究以大型有限元软件ANSYS为平台建立铸坯传热和应力的数学模型对连铸坯凝固过程进行仿真模拟并成功地模拟了轴承钢方坯连铸过程的温度场和应力场的变化以及凝固坯壳生长和液芯的长度。研究了各参数对传热和应力的影响，为提高拉速，抑制缺陷奠定了理论基础。　　对GCr15铸坯的高温力学性能研究确定GCr15钢种的高温塑性和脆性温度区，为连铸坯运行过程中各控制点目标温度的确定提供理论依据。　　利用上述凝固过程数学模型并结合钢的高温力学性能，制定了连铸坯凝固的目标表面温度，并能够在稳态条件下根据目标温度计算各回路的最佳配水量。确定合理的二冷区配水工艺参数，回归出目标温度下各回路水量与拉速和过热度之间的函数关系式。　　研究了二冷配水的非稳态控制方法，分析了非稳态控制配水的逻辑控制方法。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

引 言

1文献综述

1.1轴承钢连铸的发展现状及趋势

1.1.1国外轴承钢连铸生产的现状及特点

1.1.2国内轴承钢连铸生产的现状及特点

1.1.3连铸轴承钢质量

1.1.4连铸轴承钢存在的问题

1.1.5提高轴承钢连铸坯质量的关键技术

1.2连铸的二次冷却及其控制

1.2.1二次冷却与钢坯的质量

1.2.2确定冷却强度的原则

1.2.3连铸二冷制度的优化方法

1.2.4冷配水控制技术的现状与分析

1.3 ANSYS有限元软件

1.3.1有限元方法的基本概念

1.3.2 ANSYS程序概述

1.4研究的内容和目的

1.4.1研究内容

1.4.2研究的目的

2连铸方坯传热数学模型的研究

2.1连铸凝固过程中的传热

2.2凝固传热数学模型

2.2.1研究对象的选取

2.2.2凝固传热的导热方程

2.2.3凝固传热过程中的假设

2.2.4传热方程的初始及边界条件

2.2.5物性参数的处理

2.3本模型的特点

2.4传热模型的求解

2.4.1参数的确定

2.4.2模型的求解结果与分析

2.4.3模型的验证

2.4.4参数的改变对凝固传热的影响

2.5小结

3铸坯冷却的热应力模型

3.1铸坯在凝固过程中的受力分析

3.1.1热应力

3.1.2钢水的静压力

3.1.3矫直力

3.2钢在高温下的力学性能

3.2.1三个脆性区

3.2.2弹性模量

3.2.3收缩系数

3.2.4泊松比

3.3前人建立热应力模型的特点

3.4本模型的特点

3.5模型的假设

3.6模型的求解与验证

3.7小结

4 GGr15铸坯高温力学性能的研究

4.1高温力学性能研究的意义和目的

4.2研究方法

4.2.1试样选取及加工

4.2.2实验方法

4.2.3实验步骤

4.3试验结果

4.3.1断面收缩率

4.3.2 GCr15高温极限应力和应变

4.4小结

5二冷配水量的优化及控制策略

5.1优化二冷却的冶金准则

5.2目标表面温度的确定

5.3参数的改变对各控制点温度的影响

5.3.1拉速对各控制点温度的影响

5.3.2水量对各控制点温度的影响

5.3.3过热度对各控制点的影响

5.4目标温度下配水表的确定

5.4.1各回路水量与拉速关系的确定

5.4.2比水量与拉速的关系

5.4.3各回路水量的修正

5.5二冷配水的非稳态控制

5.5.1计算机非稳态控制的优点

5.5.2非稳态控制的基本原理

5.5.3非稳态控制配水实现的关键技术

5.5.4非稳态控制过程

5.6小结

结论

参考文献

附录目标温度下关键断面的温度场和应力场分布

致 谢

导师简介

作者简介

学位论文数据集