双辊薄带铸轧熔池流热耦合数值模拟与布流器结构优化

发布时间：2020-07-10 03:16

【摘要】：近年来,近终型连铸技术以其独特的优势逐渐成为世界各国研究人员争相研究的热点。双辊薄带连铸技术是一种最典型的近终型连铸技术,可以直接由钢液形成薄带钢,具有效率高、成本低、节能环保的优点,是近代冶金工业中的一项前沿性技术。高温钢液在铸轧熔池内的流动形态是影响薄带产品质量的主要因素之一。研究熔池内钢液的流动行为与传热规律对布流系统的结构设计和铸轧工艺参数的优化有相当重要的理论与实际意义。本课题以某公司的双辊薄带连铸机为原型,建立三维铸轧熔池流热耦合的仿真模型,充分考虑了熔池自由液面波动、结晶辊转动、钢液粘度变化和结晶潜热等因素的作用。通过有限元软件的仿真分析,研究了三维铸轧熔池中钢液流场与温度场的分布规律,分析了楔形布流器不同的水口结构参数和不同铸轧工艺参数对熔池流热耦合场的影响规律。研究发现,在铸轧熔池中部,钢液流场和温度场均沿铸带宽度方向呈现规律性间隔分布,在熔池出口处,钢液温度近似成正弦曲线分布;布流器侧面水口倾角可以改变钢液流股的流向,水口锥度角的设置可以有效改善两水口之间钢液流量过小的问题,有利于降低熔池出口处的温度差;近侧封板处熔池钢液的流动规律与熔池中心位置相比有较大差异,近侧封板处存在三个较大的的漩涡区,且漩涡大小对自由液面的波动和内部钢液混合均匀程度都有很大影响;通过正交分析,得到了最优的布流器结构参数取值,并使用最终得到的优化参数,分析了钢液过热度、铸轧速度和综合换热系数三种铸轧工艺参数合理取值范围。此外,本文还提出一种双排正弦形侧面布流水口型楔形布流器,通过仿真分析发现,正弦形侧面布流水口排布方案可以使钢液在熔池内均匀布流,熔池出口温差和液面湍动能两指标结果甚至优于原模型正交优化后的结构方案。
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG335.9
【图文】：

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双辊薄带连铸工艺概述随着世界工业化的快速发展，钢铁产业逐渐成为工业时代的支柱。但是，传统、轧制过程中不仅需要消耗大量的自然资源，而且还产生各种工业污染物，对造成了严重的破坏。由于能源消耗日益加剧，近年来的钢铁工业生产中，近终术以其独特的优势逐渐成为世界各国研究人员争相研究的热点。双辊薄带连铸种最典型的近终型连铸技术，可以直接由钢液形成薄带钢，具有效率高、成环保的优点[1,2]。在薄板带轧制过程中，由于钢液在很短的时间内形成凝固坯壳性形变，因此钢带组织细密、成分均匀，产品质量较高[3]。双辊薄带连铸是近业中的前沿性技术，是钢铁工业发展过程中的一次重大变革。双辊薄带连铸技术是直接将高温金属液铸轧形成薄带钢板的技术，带钢厚度可m~10mm 范围[4]。其主要流程为：高温钢液从大包内流入中间包，后通过布流匀布流进入由结晶辊和侧封板组成的铸轧熔池，熔池中的钢液在两个相向转动晶辊的冷却下快速凝固，后经结晶辊的轧制作用进而形成均匀的薄带钢板[5]。意图见图 1.1。

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山东理工大学硕士学位论文第一章绪论合在一起。通过该工艺生产的薄带钢板内部组织细密、成分均匀，晶粒得到细化，产品质量比传统工艺生产的板材更好。目前，双辊薄带连铸机类型很多，根据不同结晶辊的辊径可以分为同径双辊薄带连铸机和异径双辊薄带连铸机。以两结晶辊的空间排布方式的不同，又可以分为垂直式、倾斜式和水平式三种类型，如图 1.2。其中，尤以垂直式分布方式、同径双辊连铸机使用最广泛，工业化生产前景较好。1-钢包；2-浇注系统；3-铸带

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(b)倾斜式 (c)水图 1.2 双辊薄带连铸机空间排布方式Fig. 1.2 Space arrangementoftwin roll strip casting内外发展历程 Henry Bessemer 最先提出利用双辊薄带连铸技术发明专利，其原理图见图 1.3。但是该项技术在际生产，因此并没有引起广泛的注意，该项专1-钢包；2-浇注系统；3-铸

【参考文献】