基于振动模拟试验的连铸结晶器渣道润滑机理研究

摘要

连铸过程中，保护渣在高温钢液作用下熔融形成渣池，并伴随振动持续进入结晶器和铸坯凝壳之间的缝隙形成渣膜，起到润滑和传热等作用，决定着结晶器运行状态，进而影响铸坯的表面质量和连铸机的生产能力。本课题依据经典流体润滑理论，以连铸结晶器振动工艺过程模拟检测试验为基础，结合保护渣物化性能和数值模拟计算结果，全面分析连铸结晶器内渣道润滑机制，阐明连铸坯表面质量缺陷成因。本文主要结论如下：
　　(1)开发一种新的连铸结晶器振动工艺过程模拟检测试验装置，通过试验确定渣道形状为气隙宽度沿拉坯方向逐渐增大，振动钢板往复运动产生的携带作用是改变渣道内混合油流量并引起压力变化的决定性因素，渣道压力变化和摩擦力变化与振动波形一致，在时间上存在滞后现象，混合油黏度和振动频率对滞后时间影响十分显著。渣道宽度是影响混合油消耗首要因素，结晶器振动携带作用次之。
　　(2)根据黏弹性流体动压润滑理论和熔渣膜物化特性，建立连铸结晶器渣道动压润滑模型，确定保护渣黏温系数n和黏压系数m分别取值为1.25和2.2×10-6m2·N-1。在温度和压力共同影响下，渣道内熔渣黏度在上部渣道末端达到最大，此时较入口处约增加45％，其中温度影响尤为显著。渣道压力和摩擦力分别随保护渣黏温系数和黏压系数增加而增大。
　　(3)结晶器内弯月面末端为铸坯表面振痕和裂纹等缺陷主要生成区域，振痕和表面裂纹分别生成于振动负滑脱段和正滑脱段，熔渣消耗于振动周期内正滑脱末期至下一正滑脱初期，其中负滑脱期为主要消耗时段。
　　(4)增大熔渣黏度、拉速和振动频率可减小熔渣消耗量，增大液体摩擦力;提高非正弦振动因子使熔渣消耗量增加，降低液体摩擦力;随振幅增大，熔渣消耗量和液体摩擦力略微增大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 结晶器保护渣润滑与摩擦

1．2．1 保护渣在结晶器中的冶金功能及分布

1．2．2 保护渣消耗量与渣膜厚度

1．2．3 铸坯与结晶器间摩擦力研究

1．3 结晶器振动与模拟试验

1．3．1 连铸坯表面振痕

1．3．2 结晶器非正弦振动技术

1．3．3 结晶器振动模拟试验研究

1．4 机械流体润滑行为研究

1．4．1 流体润滑状态

1．4．2 流体的黏度

1．4．3 黏性流体动压润滑理论

1．5 本课题研究目的意义和主要内容

1．5．1 本课题研究目的意义

1．5．2 本课题研究主要内容

第2章 结晶器振动模拟检测试验

2．1 试验原理

2．2 试验结果

2．3 分析与讨论

2．3．1 试验润滑模型

2．3．2 试验参数对混合油润滑影响

2．4 本章小结

第3章 连铸结晶器渣道润滑模型

3．1 渣道形状模型

3．2 渣道润滑模型

3．2．1 渣道压力模型

3．2．2 液态渣消耗模型

3．2．3 液体摩擦力模型

3．3 熔渣黏温和黏压特性

3．3．1 黏温关系方程

3．3．2 黏压关系方程

3．4 本章小结

第4章 连铸结晶器渣道润滑机理

4．1 模型计算结果与分析

4．1．1 计算条件

4．2 连铸结晶器渣道润滑机理

4．3 浇铸参数对渣道润滑影响

4．4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间获得的科研成果

作者简介

文中包含图、表、公式及文献