双辊铸轧薄带厚度及生产效率影响因素的研究

摘要

双辊薄带连铸技术是将钢液直接注入由两个铸轧辊及两侧的侧封板组成的金属熔池直接生产薄带坯的成形技术。与传统工艺相比，它不但减少了投资基建成本、缩短了工艺流程，而且降低了能源消耗，更加适应绿色经济的要求，因而受到全世界钢铁界的广泛关注。由于在薄带生产过程中，传热和凝固是在极短的时间内完成的，导致影响薄带质量的因素较多，工艺控制难度较大。应用计算机模拟技术代替常规物理实验对其凝固过程进行数值分析，借此获得优化的工艺参数指导生产，对于该技术的工业化应用具有重要理论意义和实用价值。
　　本文通过数值模拟的方法，采用ANSYS模拟软件对双辊薄带连铸的浇注过程进行了研究，并对该过程中的关键问题进行系统研究，取得了预期的研究成果。本文的主要工作和研究结果如下:
　　(1)根据双辊薄带连铸的工艺特点，建立了能够描述双辊铸轧过程中的湍流流动、传热和凝固过程的控制方程，利用广义流体的概念，实现对熔池内三种状态（液相、固相及固液两相）金属流动的统一描述，并对固相率、结晶潜热、导热系数以及流体粘度等关键问题进行了处理，给出了描述湍流流动的统一方程。
　　(2)建立了考虑各种复杂因素在内的双辊铸轧过程流动和传热耦合的二维有限元分析理论，给出了浇注温度、铸轧速度、出口厚度、铸辊直径等参数对熔池内温度场的影响，并就这些工艺参数对凝固终点位置趋势的影响进行了分析。
　　(3)在已经得到的工艺参数对熔池温度场以及凝固终点影响规律的基础上，模拟参数对薄带厚度的影响，并给出定量的关系式。
　　(4)通过模拟工艺参数对双辊铸轧薄带生产效率的影响，得出适当过热度、大辊径、小厚度、大换热系数有利于生产效率的提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 双辊薄带连铸工艺概况简介

1．1．1 引言

1．1．2 双辊薄带连铸技术工艺特点

1．2 双辊薄带连铸发展概况及研究进展

1．2．1 国外的研究进展

1．2．2 国内的研究进展

1．3 双辊薄带连铸技术的研究现状

1．3．1 连铸工艺和组织性能的研究

1．3．2 双辊薄带连铸技术的应用

1．3．3 数值模拟的研究

1．4 辊面热边界条件

1．5 存在的主要问题

1．6 本论文的研究目的和内容

第2章 双辊铸轧过程流热耦合模型的建立

2．1 引言

2．2 基本假设

2．3 流场计算的基本理论

2．3．1 基本控制方程

2．3．2 湍流模型理论

2．3．3 通用微分方程的离散化

2．4 温度场计算的基本理论

2．4．1 热量传递的基本方式

2．4．2 传热中的微分方程

2．4．3 传热中的边界条件

2．5 关键问题的处理

2．5．1 结晶潜热的处理

2．5．2 导热系数的处理

2．5．3 粘度的处理

2．5．4 固相率与温度的关系

2．6 本章小结

第3章 数学模型的建立及工艺参数对Kiss点的影响

3．1 引言

3．2 物性参数

3．3 计算区域及网格的划分

3．4 网格划分策略

3．5 边界条件

3．5．1 速度边界条件

3．5．2 热边界条件

3．6 Kiss点的判定

3．7 工艺参数对Kiss点的影响

3．7．1 浇注温度对Kiss点的影响

3．7．2 铸轧速度对Kiss点的影响

3．7．3 出口厚度对Kiss点的影响

3．7．4 辊径对Kiss点的影响

3．8 本章小结

第4章 工艺参数对薄带厚度的影响

4．1 引言

4．2 研究方法

4．3 工艺参数对薄带厚度的影响

4．3．1 浇注温度与薄带厚度的关系

4．3．2 铸轧速度与薄带厚度的关系

4．3．3 接触弧长与薄带厚度的关系

4．3．4 换热系数与薄带厚度的关系

4．4 本章小结

第5章 工艺参数对铸轧生产效率的影响

5．1 引言

5．2 研究方法

5．3 工艺参数对生产效率的影响

5．3．1 浇注温度对生产效率的影响

5．3．2 辊径对生产效率的影响

5．3．3 铸带厚度对生产效率的影响

5．3．4 辊面换热系数对生产效率的影响

5．4 本章小结

第6章 结论

参考文献

硕士期间取得研究成果

致谢