连铸坯传热系数与热物性的实验研究及凝固过程模拟分析

摘要

连铸过程中的铸坯二次冷却直接影响铸坯产量和质量，不当冷却会导致铸坯表面和内部裂纹以及铸坯鼓肚等缺陷的形成。二冷区连铸坯表面对流换热系数是合理设计连铸二冷配水的重要基础数据；连铸机的工艺设计、设备设计和冷却控制设计都必须针对具体铸坯钢种的高温热物性来进行，连铸坯钢种的高温热物性参数也是连铸机设计、生产运行必需的重要参数。目前，关于连铸坯表面气水冷却对流换热系数的研究很不充分，钢种热物性数据也不完备，因此开展对连铸坯表面对流换热系数与钢种高温热物性的研究，并以此为基础研究连铸坯二冷制度的优化很有必要。
　　本文以实验研究连铸二冷气水喷嘴对流换热特性为目的，基于传热学的基本理论和冷却换热模拟分析结果，设计了测定气水喷嘴对流换热系数的实验装置。利用DH5922N动态信号测试系统获得温度信号，用VisualBasic6.0编写开发了反求对流传热系数的求解程序。对二冷区喷嘴进行了冷态和热态性能测试，得出了喷嘴的相关参数和试件表面温度与对流换热系数的关系。
　　用STA449C型热分析仪和Gleeble3800热模拟实验机获得了Q345C钢材在800℃到1200℃之间的热物性和高温力学性能数据，包括应力—应变关系、高温杨氏模量、高温屈服极限、高温韧性以及Q345C相变凝固点及比热，为连铸机的设计提供了必要的铸坯高温物性参数。
　　在合理假定和简化的基础上，建立了圆坯连铸凝固传热的数学模型。用ANSYS有限元软件模拟了圆坯凝固传热过程，为二冷区的冷却制度合理的调整提供了基础。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 连铸凝固过程的热量传输

1.3 连铸二次冷却技术

1.4 二冷区喷嘴性能测试研究现状

1.5 连铸坯凝固过程模拟分析研究现状

1.6 连铸坯的材料高温热物性

1.7 研究意义及主要内容

第2章 连铸二冷换热系数测定装置的设计

2.1 传热系数测定装置的研究

2.2 传热系数测定装置的测定原理

2.3 传热系数测定试件的设计

2.4 传热系数测定装置设计

2.5 本章小结

第3章 喷嘴冷态及热态性能测试

3.1 喷嘴冷态性能测试及结果分析

3.2 喷嘴的热态性能测试及结果分析

3.3 本章小结

第4章 连铸坯材料高温热物性的实验研究

4.1 材料高温热物性的研究意义

4.2 试验内容、实验设备、实验原理与实验方法

4.3 实验原理

4.4 试验方法

4.5 试验结果报告

4.6本章小结

第5章 圆坯连铸凝固传热过程模拟

5.1 圆坯凝固传热数学模型的建立

5.2 连铸机的基本参数计算

5.3 模型边界条件的确定

5.4 连铸二次冷却冶金准则

5.5 热物性参数的确定

5.6 模拟计算结果及分析

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢