双辊铸轧辊面与熔池界面换热系数实验研究及结果验证

发布时间：2017-09-25 22:29

  本文关键词：双辊铸轧辊面与熔池界面换热系数实验研究及结果验证

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【摘要】：双辊薄带铸轧作为一种近终型薄带材生产工艺,以生产流程短、经济效益高等优点成为近年来各国学者和钢铁企业研究的重点,铸轧辊既作为结晶器又作为轧制辊是整个过程的核心部件,其中辊面—熔池间的界面换热系数是影响整个铸轧过程的最重要因素之一,其通过影响金属液凝固速度来影响板带内部组织,并最终决定产品性能和质量。但目前对于该界面换热系数的研究存在很大的局限性,所得结论往往都是一些定性的规律,仅适用于特定的工况。本文首先对金属熔体与辊面的接触情况进行分析,根据金属熔体在辊面的凝固特性及是否承受轧制力情况,设计了一套模拟实验装置,利用此装置可以测量金属液与辊面从初始接触到初期凝固之间两者温度的变化过程,利用实验所测得的温度变化数据,基于热传导反分析法求解换热系数的方法,得到辊套试样与金属熔体的界面换热系数,并通过自变量转换及合理预测轧制阶段换热情况最终求得了辊面—熔池界面换热系数沿辊面不同角度的分布情况,即初始阶段界面换热系数最大并开始迅速减小,但减小的速率也越来越慢,当到达凝固终了点后由于受轧制力作用,界面换热系数又迅速地增大,增长幅度大约为70%。通过改变金属液初始温度,也可发现浇注温度对界面换热系数的影响规律,即随浇注温度的提高,界面换热系数也会有小幅增加。其次,为了验证所求得的界面换热的准确性,建立了铸轧过程中熔池的热流凝固耦合数学模型,将所求得的界面换热系数作为边界条件进行铸轧过程数值模拟,并与相同参数下实际铸轧生产进行了对比,结果显示两者出口带坯温度在不同浇注温度下都取得了较高程度的吻合。同时也与其他类型界面换热系数的模拟结果进行了温度场及凝固情况的对比,结果显示本文求得的界面换热系数可以使熔池中温度场分布更加符合实际情况,凝固过程也更加合理。
【关键词】：双辊薄带铸轧 界面换热系数 热传导反分析 对比验证
【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】：TG335.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 双辊薄带铸轧技术概况10-11
• 1.2 双辊薄带铸轧生产现状11-13
• 1.2.1 国外双辊薄带铸轧生产现状11-12
• 1.2.2 国内双辊薄带铸轧生产现状12-13
• 1.3 辊面—熔池界面换热系数的研究现状13-17
• 1.3.1 辊面—熔池界面换热系数研究意义13
• 1.3.2 辊面—熔池界面换热系数的研究方法13-17
• 1.3.3 辊面—熔池界面换热系数的研究现状总结17
• 1.4 本文研究内容与研究目的17-20
• 1.4.1 本文研究主要内容17-18
• 1.4.2 本文的研究目的与意义18-20
• 第2章 铸轧热流凝固基本理论20-33
• 2.1 基本假设20-21
• 2.2 传热及凝固21-26
• 2.2.1 热能传递基本方式21-23
• 2.2.2 导热微分方程23-25
• 2.2.3 凝固与潜热25-26
• 2.3 湍流模型26-28
• 2.4 基本控制方程28-29
• 2.4.1 连续性方程28
• 2.4.2 动量守恒方程28-29
• 2.4.3 能量守恒方程29
• 2.5 热传导反问题及其数学模型的建立29-32
• 2.5.1 热传导反问题简述29-30
• 2.5.2 热传导反问题的数学模型30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 熔池与铸辊接触区的热边界实验研究33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 基本理论33-34
• 3.3 实验内容34-39
• 3.3.1 实验目的34-35
• 3.3.2 实验材料与试样35-36
• 3.3.3 实验装置36-38
• 3.3.4 实验过程38-39
• 3.4 实验数据读取39-42
• 3.4.1 提高实验精度措施39-40
• 3.4.2 实验数据读取及分析40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 界面换热系数的反求及修正43-52
• 4.1 实验数据后处理43-48
• 4.1.1 基于热传导反分析法求解换热系数的方法43-44
• 4.1.2 界面换热系数的求解44-46
• 4.1.3 反求结果的验证46-48
• 4.2 界面换热系数的修正48-49
• 4.2.1 自变量的转换48-49
• 4.2.2 轧制阶段换热情况处理49
• 4.3 不同辊面—熔池界面换热系数的提出49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 界面换热系数的模拟验证与对比52-65
• 5.1 引言52
• 5.2 数学模型设置52-54
• 5.2.1 边界条件及初始条件52-54
• 5.2.2 网格划分54
• 5.3 出口温度对比54-60
• 5.3.1 数值模拟与实际生产出口温度对比54-59
• 5.3.2 不同界面换热系数的出口温度对比59-60
• 5.4 熔池凝固情况对比60-63
• 5.4.1 不同浇注温度的熔池凝固情况对比60-62
• 5.4.2 不同界面换热系数的熔池凝固情况对比62-63
• 5.5 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71

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本文编号：919955