方坯结晶器铜管锥度对铸坯偏角部缺陷的影响及其优化设计

摘要

随着高效连铸的发展,提高连铸坯产量和质量成为连铸生产中研究的主要问题之一.方坯连铸经常出现的铸坯质量问题是偏角部缺陷,以及由此引起的漏钢.多年来,由于缺乏有效的实验室手段,人们对铸坯偏角部缺陷产生的原因主要通过现场分析提出各种假说并由此提出相关措施加以解决.铸坯偏角部缺陷产生的主要原因是坯壳偏角部与结晶器间形成气隙,坯壳冷却不均匀,在偏角部形成热节区,产生应力集中所致.它的存在限制了铸机拉速的进一步提高.该文结合唐钢生产的实际,分析了结晶器内坯壳自由收缩的特点,采用FORTRAN语言为编程工具,自行开发了使用有限单元法进行结晶器内铸坯温度场数值模拟的程序(TFEM),并使用该程序对方坯结晶器内钢水凝固过程的温度场进行了有限单元模拟分析,研究了角部气隙对坯壳凝固传热的影响,同时计算了结晶内坯壳自由收缩的曲面,由此提出了结晶器铜管锥度优化的方向.

目录

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第一章绪论

1.1连续铸钢工艺发展概况

1.2结晶器在连续铸钢中的作用及结构型式

1.3研究连续铸钢工艺问题的方法

1.4本研究的目的、内容和意义

第二章文献综述

2.1方坯偏角部缺陷研究

2.1.1方坯质量研究的意义

2.1.2连铸方坯的偏角部缺陷

2.1.3结晶器传热

2.1.4铸坯偏角部缺陷的成因与对策

2.1.5方坯偏角部缺陷研究小结

2.2结晶器锥度的研究方法

2.2.1连铸坯凝固的物理过程

2.2.2连铸坯凝固数值解法

2.3凝固传热问题中的有限单元法

2.3.1凝固传热主控方程及变分处理

2.3.2薄片移动法

2.3.3形函数

2.3.4单元内部坐标及温度插值

2.3.5单元固相率

2.3.6单元导热系数

2.3.7单元比热容

第三章结晶器铜管锥度对方坯偏角部缺陷的影响

3.1前言

3.2结晶器锥度在一次冷却中所起的作用分析

3.2.1冷却条件

3.2.2传热因素分析

3.2.3结晶器锥度的作用

3.2.4方坯结晶器内坯壳角部与面部自由收缩曲线差别

3.2.5结晶器铜管锥度对铸坯偏角部缺陷的影响

3.2.6方坯结晶器铜管锥度的优化设计

第四章方坯结晶器内钢水温度场数值模拟研究

4.1数学模型的建立

4.1.1基本假设

4.1.2边界条件及初始条件

4.2计算域网格划分

4.3平面瞬态温度场单元变分计算

4.3.1三角形单元的变分处理

4.3.2四边形等参单元的变分处理

4.3.3 时间离散化

4.4固相率、导热系数及热容的确定

4.5温度场计算流程图

4.6计算结果及分析

4.6.1小方坯温度场数值模拟结果

4.6.2工艺参数对小方坯凝固的影响

4.7温度场数值模拟结论

第五章结晶器锥度优化设计研究

5.1引言

5.2铸坯凝固自由收缩曲面的计算

5.2.1钢水凝固过程的自由收缩

5.2.2钢水凝固过程温度场

5.2.3坯壳收缩曲面的确定

5.3结晶器锥度曲线的讨论

5.4本章结论

第六章总结论

参考文献

致谢