方坯连铸结晶器流场与锥度的研究

发布时间：2017-09-23 11:42

  本文关键词：方坯连铸结晶器流场与锥度的研究

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【摘要】：在连铸过程中,连铸结晶器是连铸生产中的“心脏”,锥度又是结晶器最重要的设计参数之一,锥度设计的合理与否会影响到结晶器的使用寿命和铸坯的质量,合适的锥度可以减少铸坯菱变、纵向凹陷、鼓肚、拉断等质量问题的产生。然而钢液在结晶器内构成了复杂的热力学系统,如果通过实验测量方法研究钢液的凝固传热过程,会付出高昂的测试价格并且由于测试限制往往导致实验结果并不准确。现在普遍使用软件模拟的方式进行仿真,从而了解结晶器内钢液流动的流场状况以及温度场分布情况,为结晶器锥度设计提供可靠的理论依据。本文以340mm×280mm方坯连铸结晶器为研究对象,运用数值模拟方法,利用流体软件FLUENT为仿真模拟平台进行分析研究,具体内容如下:首先,定义钢液的相关控制方程,并设定铸坯的性能参数和工艺参数,构建用于研究的数学模型。其次,利用流体软件FLUENT,研究特定的拉速、水口侧孔夹角、水口浸入深度情况下的流场状况,并进行流固耦合分析,模拟铸坯的凝固过程,得到铸坯温度分布,坯壳生长情况和铸坯收缩状况。最后,研究结晶器锥度的设计和应用,结合数值模拟得到的铸坯收缩量进行锥度设计,并详细叙述了结晶器锥度的制作过程,以及生产中如何保证结晶器锥度和测量结晶器锥度。
【关键词】：方坯连铸 结晶器 流场 温度场 锥度
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG233.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 连铸过程概述9
• 1.2 连铸结晶器作用9-10
• 1.3 结晶器内坯壳形成过程10-12
• 1.4 结晶器器内传热及凝固的研究现状12-13
• 1.5 结晶器液面波动与流场研究13-14
• 1.6 结晶器锥度的研究现状14-17
• 1.6.1 结晶器铜管锥度的定义14
• 1.6.2 影响结晶器锥度的因素14-15
• 1.6.3 结晶器锥度的发展15-16
• 1.6.4 国内外对结晶器锥度的研究16-17
• 1.7 课题研究内容及目的17-19
• 1.7.1 研究的主要内容17-18
• 1.7.2 研究的目的及意义18-19
• 第2章 方坯结晶器内钢液流动及凝固传热数学模型19-28
• 2.1 模拟假设19
• 2.2 基本控制方程19-22
• 2.3 边界条件与初始条件22-24
• 2.3.1 初始条件22
• 2.3.2 流场边界条件22-23
• 2.3.3 温度场边界条件23-24
• 2.4 铸坯参数24-26
• 2.4.1 液固相线温度24
• 2.4.2 导热系数24-25
• 2.4.3 热焓25
• 2.4.4 钢的密度25
• 2.4.5 钢的热膨胀系数25
• 2.4.6 钢的泊松比和弹性模量25-26
• 2.5 方坯结晶器工艺参数26
• 2.6 方坯结晶器模型26-27
• 2.7 本章小结27-28
• 第3章 方坯流场与收缩变形数值模拟28-36
• 3.1 结晶器内钢液流动的基本特征28-30
• 3.2 温度场分析30-33
• 3.2.1 温度分布30-31
• 3.2.2 温度变化曲线31-32
• 3.2.3 距弯月面不同距离的温度分布32-33
• 3.3 收缩变形分析33-35
• 3.3.1 凝固情况33-34
• 3.3.2 坯壳厚度34
• 3.3.3 收缩情况34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 方坯结晶器锥度的设计及应用36-49
• 4.1 结晶器锥度36
• 4.2 结晶器锥度的设计原理36-39
• 4.3 结晶器锥度的设计39-42
• 4.4 结晶器锥度的制作及保证措施42-47
• 4.4.1 结晶器锥度制作的工艺过程42-44
• 4.4.2 结晶器锥度的保证措施44-46
• 4.4.3 结晶器锥度的测量46
• 4.4.4 结晶器锥度的影响46-47
• 4.5 本章小结47-49
• 结论49-50
• 参考文献50-53
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果53-54
• 致谢54

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本文编号：905082