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高温蠕变下连铸板坯凝固过程中的鼓肚变形研究

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高温蠕变下连铸板坯凝固过程中的鼓肚变形研究

作者：罗阳西安建筑科技大学

学位级别：硕士

在连铸板坯生产过程中,由于钢液静压力的作用会出现鼓肚变形的问题,非正常鼓肚会引起板坯质量缺陷和漏钢等浇钢事故。有效地控制钢水静压力对所浇板坯地影响,从而减少结晶器液面波动、控制好鼓肚变形的正常分布及两相界鼓肚应变,对保证... 详细信息

在连铸板坯生产过程中,由于钢液静压力的作用会出现鼓肚变形的问题,非正常鼓肚会引起板坯质量缺陷和漏钢等浇钢事故。有效地控制钢水静压力对所浇板坯地影响,从而减少结晶器液面波动、控制好鼓肚变形的正常分布及两相界鼓肚应变,对保证板坯内外部质量及研发设计高水平的板坯连铸机有着极其重要的意义。本文面向工程实际,以某钢厂的直弧形板坯连铸机为对象,建立一种四对辊约束的连铸板坯鼓肚热力耦合模型,引入铸流支撑辊接触弧长,考虑支撑辊与板坯的面接触对鼓肚变形的影响,对高温蠕变特性下板坯连铸凝固过程中的鼓肚变形展开研究,研究结果具有重要的理论意义和工程应用价值。本文主要工作内容包括:(1)建立板坯凝固传热模型分析不同参数对板坯凝固程度影响规律。首先建立二维传热模型来模拟温度场,研究坯壳凝固过程中坯壳厚度的规律,得出坯壳厚度的曲线,以及任意时间板坯横截面的温度场并对温度场进行实验验证。研究发现在非稳态浇注状态下,浇注温度和拉坯速度对板坯表面温度、坯壳厚度乃至凝固终点都有显著影响。特别是,当拉坯速度开始改变时,距离结晶器弯月面越远,拉速对其铸坯表面温度的影响就越小。(2)建立四对辊约束的连铸板坯鼓肚热力耦合模型。通过建立三维鼓肚热力耦合有限元模型,将板坯凝固传热得到的温度场结果作为边界条件添加到鼓肚模型,并充分考虑了材料的高温蠕变特性,研究鼓肚变形情况。为了更好地模拟实际情况,引入铸流支撑辊接触弧长,考虑支撑辊与板坯的面接触对鼓肚变形的影响,取四对辊子之间的板坯建模,分析了板坯的鼓肚变形规律。(3)研究辊子与铸坯的接触弧长对鼓肚应变的影响。考虑辊子与铸坯的接触弧长对连铸板坯两相界鼓肚应变的影响,推导出了辊子与铸坯的接触弧长与鼓肚应变的关系式,得到了辊子与铸坯的接触弧长对鼓肚应变的解析解。通过推导辊子与铸坯的接触弧长和鼓肚应变的关系式,得出了辊子与铸坯的接触弧长对鼓肚应变的影响规律。(4)分析辊径、辊间距、拉坯速度对坯壳鼓肚变形以及板坯固液交界面处鼓肚应变的影响规律。当辊径每增加50 mm时,在同一位置处鼓肚应变会减小0.005%左右,因此增大辊径可有效增加辊子接触弧长,并且降低鼓肚应变。随着辊间距由260 mm依次增加至300 mm,板坯宽面中心的压应变将依次增加0.05%。随着拉速由0.8 m/min增大至1 m/min,板坯宽面中心的压应变将依次增加0.0045%,由此可见,当拉速波动不大时,对鼓肚应变的影响较小,辊径增大时板坯两相界鼓肚应变会降低,辊间距的变化为影响鼓肚应变的主要因素。

关键词：连铸板坯凝固传热鼓肚量支撑辊接触弧长鼓肚应变高温蠕变

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圆环形腔内凝固问题的热阻法近似解

西安交通大学学报 2001年第3期35卷 255-260页

作者：王华生吴业正俞炳丰朱瑞琪厉彦忠西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

对圆环形腔内的凝固问题进行研究 ,得到了热阻法近似解 ,以及在第三类边界条件下 ,该近似解的表达式 ,并用有关实验予以验证 .用此公式计算了圆环形腔的性能 ,得出以下结论 :圆环形腔蓄冷量大而蓄冷时间又短的最佳半径比为 0 .15～ 0 .2... 详细信息

对圆环形腔内的凝固问题进行研究 ,得到了热阻法近似解 ,以及在第三类边界条件下 ,该近似解的表达式 ,并用有关实验予以验证 .用此公式计算了圆环形腔的性能 ,得出以下结论 :圆环形腔蓄冷量大而蓄冷时间又短的最佳半径比为 0 .15～ 0 .2 5;Bi数小于 10时 ,增大Bi数才能起到强化凝固传热的作用 .因此 ,用于冷却的表面传热系数应在Bi数小于 10的范围内选取 .

关键词：凝固圆环形腔热阻法近似解蓄冷量蓄冷时间凝固传热毕渥数传热系数

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连铸坯表面温度集成建模方法

电机与控制学报 2018年第12期22卷 114-120页

作者：纪振平田珊珊张兆雄阳剑沈阳理工大学自动化与电气工程学院沈阳110159 东北大学信息科学与工程学院沈阳110819

为提高连铸凝固传热温度场模型在线应用的实时性和准确性,提出一种凝固传热机理模型与最小二乘支持向量机(LS-SVM)相结合的集成建模方法,用以实现二冷区控制点温度的在线预测。根据连铸二冷区凝固过程和温度场分布的特点,凝固传热机理... 详细信息

为提高连铸凝固传热温度场模型在线应用的实时性和准确性,提出一种凝固传热机理模型与最小二乘支持向量机(LS-SVM)相结合的集成建模方法,用以实现二冷区控制点温度的在线预测。根据连铸二冷区凝固过程和温度场分布的特点,凝固传热机理模型求解过程采用变网格和变时间步长方法提高了运算速度,基于LS-SVM建立误差补偿模型,用于机理模型的在线校正,提高模型长期运行的准确性。基于实际铸机的测试数据验证了集成模型运行周期小于1 s,预测误差小于10℃,模型满足在线应用要求,为实现二冷动态控制奠定了基础。

关键词：连铸凝固传热集成建模最小二乘支持矢量机二冷动态控制

高碳耐磨球钢大方坯连铸过程凝固定律及在轻压下过程中的应用

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中南大学学报（自然科学版） 2018年第5期49卷 1037-1046页

作者：安航航包燕平王敏赵立华北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点试验室北京100083 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

基于ANSYS软件建立310 mm×360 mm(长×宽)断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,通过窄面射钉试验及铸坯表面测温对模型的准确性进行验证,模拟不同碳质量分数高碳耐磨球钢大方坯宽面和窄面凝固坯壳的生长规律,将计算结果应用于轻压... 详细信息

基于ANSYS软件建立310 mm×360 mm(长×宽)断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,通过窄面射钉试验及铸坯表面测温对模型的准确性进行验证,模拟不同碳质量分数高碳耐磨球钢大方坯宽面和窄面凝固坯壳的生长规律,将计算结果应用于轻压下过程中并进行现场试验。研究结果表明:模型能精确地获得不同工况下任意位置铸坯凝固坯壳的厚度分布、凝固终点位置及中心固相率。不同碳质量分数的高碳耐磨球钢具有相同的凝固规律:结晶器弯月面至二冷区出口,铸坯柱状晶区的凝固坯壳厚度与凝固时间的平方根呈线性关系,符合平方根定律,平方根定律的修正项与过热度有关;二冷区出口至凝固终点,相应铸坯等轴晶区凝固坯壳厚度与凝固时间的平方根呈非线性关系;根据凝固传热模型计算的高碳耐磨球钢BU铸坯中心固相率分布,结合轻压下合适的压下区间要求,拉速从0.43 m/min增加到0.52 m/min,轻压下可压区间增加,铸坯的中心碳偏析明显减少。

关键词：大方坯凝固传热数学模型高碳耐磨球钢

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GCr15轴承钢大方坯二冷工艺评估与优化

现代交通与冶金材料 2022年第5期2卷 88-93页

作者：董文清李明陶镳李翔张健博高江南京钢铁股份有限公司研究院江苏南京210035

针对某钢厂断面尺寸250 mm×300 mm GCr15轴承钢连铸工艺,采用自主研发的喷淋测试平台对二冷区喷嘴进行了喷淋水量分布测试,建立了基于喷嘴实际水量分布的凝固传热数学模型,分析了喷嘴布置方式对连铸坯凝固行为的影响。结果表明,由于二... 详细信息

针对某钢厂断面尺寸250 mm×300 mm GCr15轴承钢连铸工艺,采用自主研发的喷淋测试平台对二冷区喷嘴进行了喷淋水量分布测试,建立了基于喷嘴实际水量分布的凝固传热数学模型,分析了喷嘴布置方式对连铸坯凝固行为的影响。结果表明,由于二冷1段内弧采用了单排“双喷嘴”的布置方式,加剧了铸坯横向冷却的不均匀性,由此提出将单排“双喷嘴”更换为单排“单喷嘴”的布置方式。经仿真计算,喷嘴配置优化后不仅改善了连铸坯的冷却不均匀性,而且铸坯角部温度得到提高,热塑性得以改善,有效降低了铸坯裂纹的发生率。

关键词：连铸 GCr15轴承钢大方坯凝固传热水量分布二次冷却

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960高强钢板坯凝固过程模拟与工艺优化

绿色矿冶 2023年第6期39卷 19-26页

作者：罗钢于科哉张攀时朋召徐李军湖南华菱涟源钢铁有限公司技术中心湖南娄底417009 钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心北京100081 中国钢研科技集团有限公司数字化研发中心北京100081

基于凝固传热模型,对断面尺寸为230 mm×1330 mm的960高强钢板坯的温度场进行了数值模拟,并通过射钉试验和表面温度测量试验对凝固传热模型进行验证和优化,分析了比水量、过热度和拉速对板坯温度场和凝固末端位置的影响。二冷区比水量... 详细信息

基于凝固传热模型,对断面尺寸为230 mm×1330 mm的960高强钢板坯的温度场进行了数值模拟,并通过射钉试验和表面温度测量试验对凝固传热模型进行验证和优化,分析了比水量、过热度和拉速对板坯温度场和凝固末端位置的影响。二冷区比水量每增加0.05 L/kg,铸坯的凝固终点位置前移0.376 m左右;过热度每增加10 K,铸坯的凝固终点位置后移0.82 m左右;拉速每增加0.1 m/min,凝固终点位置向后移动2.15 m左右。最后,对压下位置和压下量进行了调整,由3个扇形段压下改为2个扇形段压下,压下位置由第9#、第10#、第11#段改为第11#、第12#段,第11、第12#段压下量分别改为2.5、2.0 mm。工艺优化后,铸坯的中心偏析和中心疏松得到明显改善,二者评级结果均由优化前2.0降低为1.5。

关键词： 960高强钢数值模拟凝固末端中心偏析凝固传热过热度比水量拉速

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喷嘴喷淋距离对连铸小方坯二冷均匀性的影响

工程科学学报 2020年第6期42卷 739-746页

作者：韩延申张江山邹雷雷曾凡政管敏刘青北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 湖南华菱湘潭钢铁有限公司湘潭411101 江苏博际喷雾系统有限公司扬州225267

研究了不同喷淋距离下连铸小方坯二冷喷嘴的水量分布,建立了凝固传热模型分析了82B钢连铸坯的热行为.该模型特别考虑了二冷区铸坯表面宽度方向的水流密度分布,并根据铸坯表面测温结果进行了模型校正.采用凝固传热模型研究了喷嘴喷淋距... 详细信息

研究了不同喷淋距离下连铸小方坯二冷喷嘴的水量分布,建立了凝固传热模型分析了82B钢连铸坯的热行为.该模型特别考虑了二冷区铸坯表面宽度方向的水流密度分布,并根据铸坯表面测温结果进行了模型校正.采用凝固传热模型研究了喷嘴喷淋距离对连铸二冷均匀性的影响.结果表明:喷嘴喷淋距离的增加有助于提高二冷水横向分布的均匀性,导致铸坯表面温度横向均匀性降低、纵向均匀性提高.这些效果有助于改善铸坯内部裂纹,但是会对角部裂纹产生不利影响.在二冷区前段喷嘴采用低喷淋距离,二冷区末段采用高喷淋距离,既可以提高铸坯角部温度,又能降低表面最大回温速率,有助于同时改善连铸坯角部和内部裂纹.在此基础上,提出了一种连铸小方坯二冷喷嘴布置方式,即二冷区每段喷嘴喷淋距离沿拉坯方向逐渐增加,该方法有助于提高连铸坯"纵-横"冷却均匀性.

关键词：连铸小方坯喷嘴喷淋距离水量分布凝固传热二冷均匀性

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非稳态浇注压下区间变化规律的研究与应用

中国机械工程 2013年第21期24卷 2960-2966页

作者：史学亮任廷志秦旭燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004 鞍钢股份有限公司炼钢总厂鞍山114021

为保证连铸板坯动态轻压下技术的有效实施以减轻中心偏析和中心疏松,改善铸坯内部质量,针对实际生产时的非稳态浇注过程,根据铸坯表面温度的测量数据,修正了实时凝固传热模型,分析了拉速、过热度和二冷比水量等工艺参数的变化对不同钢... 详细信息

为保证连铸板坯动态轻压下技术的有效实施以减轻中心偏析和中心疏松,改善铸坯内部质量,针对实际生产时的非稳态浇注过程,根据铸坯表面温度的测量数据,修正了实时凝固传热模型,分析了拉速、过热度和二冷比水量等工艺参数的变化对不同钢种压下区间长度的影响规律。结果表明:拉速每增加0.1m/min,船板钢AH36和碳素结构钢Q235B的压下区间长度分别增加0.15m、0.21m;过热度每增加10℃,AH36和Q235B的压下区间长度分别增加0.01m、0.015m;二冷比水量每增加0.1 L/kg,AH36和Q235B的压下区间长度分别减少0.04m、0.06m。将凝固传热模型应用于生产中,优化了动态轻压下模型,铸坯中心偏析减为1.0B^0.5C,中心疏松级别小于1.5级的铸坯比率由35.25%上升到85.16%,铸坯内部质量得到了明显改善。

关键词：非稳态浇注压下区间凝固传热连铸板坯

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水平连铸圆坯凝固及铸坯质量的研究

北京科技大学学报 2009年第S1期31卷 168-172页

作者：宁建成朱荣董凯周春芳北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 湖南衡阳钢管(集团)有限公司衡阳421001 北京科技大学生态与循环冶金教育部重点实验室北京100083

以水平连铸圆坯连铸生产工艺为研究对象,通过射钉实验并采用Fluent数值模拟软件建立凝固传热模型,研究了在不同工艺条件下圆坯结晶器内的温度场分布与凝固传热过程,并对铸坯质量进行了相关的检测分析.通过本研究进一步明确了结晶器内钢... 详细信息

以水平连铸圆坯连铸生产工艺为研究对象,通过射钉实验并采用Fluent数值模拟软件建立凝固传热模型,研究了在不同工艺条件下圆坯结晶器内的温度场分布与凝固传热过程,并对铸坯质量进行了相关的检测分析.通过本研究进一步明确了结晶器内钢液的温度场分布,及不同拉坯工艺对结晶器内钢液温度场变化的影响.结果表明:通过射钉实验并采用Fluent数值模拟软件建立凝固传热模型,可以有效分析水平连铸钢液的凝固传热过程,对改善钢水质量有积极作用.

关键词：水平连铸凝固传热拉坯工艺质量缺陷