硅钢薄带双辊铸轧过程的数值模拟研究

摘要

双辊薄带连铸技术是当今一项非常前沿且极具潜力和研究价值的技术。它是指熔融的金属液经布流系统流入由两个逆向旋转的轧辊和两个侧封板组成的结晶器中，在较短的时间里在结晶辊的轧制作用下直接生产出薄板带的技术。与传统的钢坯生产过程相比，它具有产能高、投资小、耗能小等优点。然而双辊薄带连铸坯表面常易产生影响产品质量的裂纹，这是由于不合理的工艺参数及布流系统对轧辊间金属熔体的流动、传热和凝固过程的影响造成的。通过数值模拟的方法可以研究不同的工艺参数和布流系统情况下双辊薄带连铸过程，对实验参数的选择提供相关的理论指导。
　　本论文建立了描述双辊薄带连铸过程的三维流热耦合模型，并通过实验验证了该模型的可靠性，利用该模型对不同工艺参数和布流系统下的连铸过程进行分析研究。其中，辊速分别选用0.5 m/s、1.0 m/s、1.5 m/s，浇注温度分别为1780 K、1800 K、1820 K，水口浸入深度为35 mm、45 mm和55mm，水口角度分别为10°、20°和30°。利用控制变量法分别研究各个参数对流场、温度场、液面波动及侧封板处冲击情况的影响。
　　计算结果表明，不同工艺参数或布流系统对熔池内部流场、温度场、液面波动和对侧封板的冲击都有一定的影响。熔池内部通常会形成两处对流，这不仅可以提高熔体热传导的效率，有助于提高熔体成分和温度的均匀性，还有助于枝晶的熔断，起到细化晶粒的作用，同时也会减少偏析现象的发生，进而提高铸坯质量。出口处带坯的温度随着辊速的增加和浇注温度的升高而升高，凝固点位置也随之下降。辊速和浇注温度过高时，薄带坯在出口处还未完全凝固易发生漏液;辊速和浇注温度过低时，薄带坯凝固点位置距离出口较远易产生裂纹。辊速对于液面波动和对侧封板的冲击影响较大，而浇注温度仅对侧封板的冲击有影响，对液面波动影响较小。出口处薄带坯的温度随着水口浸入深度的增加而减小，而水口角度对温度场的影响较小。液面波动情况、回流的位置和对侧封板的冲击的位置均随着浸入深度和水口角度的变化而变化。通过对不同情况下温度场、流场、液面波动和对侧封板冲击情况的计算分析，可对参数的确定提供理论指导，进而优化工艺参数和结构参数，从而提高铸坯质量。通过计算分析，建议实验参数选取辊速1.0 m/s，浇注温度1800 K，水口浸入深度45 mm，水口角度20°。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 双辊薄带连铸工艺概述

1．2 双辊薄带连铸工艺的发展历史与现状

1．3 双辊薄带连铸过程的数值模拟研究

1．3．1 数值模拟研究的意义

1．3．2 双辊薄带连铸过程数值模拟的发展历史与现状

1．4 课题来源及主要内容

2 双辊薄带连铸过程的数值计算模型

2．1 CFD基础及Fluent软件简介

2．2 基本假设及控制方程

2．3 几何模型及物性参数

2．4 边界条件及初始条件

3 工艺参数对双辊薄带连铸过程的影响

3．1 实验验证

3．1．1 实验设备

3．1．2 实验结果

3．2 辊速对双辊薄带连铸过程的影响

3．2．1 辊速对温度场的影响

3．2．2 辊速对流场的影响

3．2．3 辊速对液面波动的影响

3．2．4 辊速对侧封板冲击的影响

3．3 浇注温度对双辊薄带连铸过程的影响

3．3．1 浇注温度对温度场的影响

3．3．2 浇注温度对流场的影响

3．3．3 浇注温度对液面波动的影响

3．3．4 浇注温度对侧封板冲击的影响

3．4 本章小结

4 布流系统对双辊薄带连铸过程的影响

4．1 水口浸入深度对双辊薄带连铸过程的影响

4．1．1 水口浸入深度对温度场的影响

4．1．2 水口浸入深度对流场的影响

4．1．3 水口浸入深度对液面波动的影响

4．1．4 水口浸入深度对侧封板冲击的影响

4．2 水口角度对双辊薄带连铸过程的影响

4．2．1 水口角度对温度场的影响

4．2．2 水口角度对流场的影响

4．2．3 水口角度对液面波动的影响

4．1．4 水口角度对侧封板冲击的影响

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢