沟槽结晶器传热效果及其对金属凝固行为影响的研究
发布时间：2021-07-23 09:02
连铸结晶器内的凝固与传热对工艺操作和铸坯质量具有至关重要的作用,结晶器壁的界面传热是影响钢液凝固与传热的关键环节,对初生凝固坯壳的均匀性、铸坯表面质量等具有重要影响。本论文通过在结晶器壁设置沟槽的方法,研究沟槽对结晶器传热效果的影响规律,以探讨改善结晶器传热和初生凝固坯壳传热状况的新途径,具有重要的理论意义和实用价值。本论文采用自主设计的沟槽结晶器实验装置,即以具有不同尺寸的纵向细沟槽的铜板组装成方坯结晶器,并以Sn-Pb-Bi低熔点合金进行浇铸实验,通过对凝固实验过程中结晶器壁温度的监测、初生凝固坯壳的分析和数值模拟计算,系统地研究了不同沟槽尺寸对合金凝固传热和坯壳均匀度的影响规律,并分析了其作用机理,为沟槽结晶器技术的开发和应用提供了理论基础和技术基础。本论文首先进行了沟槽宽度均为6mm,沟槽深度分别为2mm、4mrm、6mm和无沟槽的组合结晶器的Sn-Pb-Bi合金浇铸实验。实验结果表明:当结晶器无沟槽时,结晶器壁的温度梯度最大,平均热流量最大值达459.6kW/m2;初生凝固坯壳在横向和纵向上都表现为凹凸不平,均匀度较低,平均不均匀度为0.18055。而结晶器设置沟槽之后,结晶...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２连铸机示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｅ??
注入结晶器的高温钢水与水冷铜壁接触会迅速凝固形成很薄的初生坯壳。在钢水静??压力的作用下，生成的薄坯壳与铜壁紧紧贴在一起，钢水的热量迅速传给铜壁，最后被??冷却水带走，冷却水带走的热量约占结晶器总散热量的９６％左右。图１．４所示为板坯连??铸机结晶器内部区域示意图。随着凝固的继续进行，坯壳逐渐增厚，体积收缩离开铜壁，??在钢水静压力的作用下又把坯壳挤靠到铜壁上，收缩挤靠过程如此反复进行，直至坯壳??出结晶器。由于坯壳的不均匀性总是存在的，大部分表面缺陷就是起源于反复收缩挤靠??的过程。??钢液在结品器内的凝固传热讨以分为拉坏方向的传热和垂直ｒ－拉坯方向的传热两??个部分。相对而言，拉坯方向上的传热所占比例非常小，可忽略不计。在结晶器内，钢??液和坯壳的绝大部分热量是通过垂直于拉坯方向传递的。在结晶器的角部，由于其传热??方式为二维传热，传热速率较快，最早收缩形成气隙，之后角部传热始终小于其他部位，??致使角部区域的坯壳最薄（如图１．５所示），容易产生角部裂纹和发生角部漏钢。为了均??匀传热
１?一角部横裂纹；２—角部纵裂纹；３—表面横向裂纹；４一宽面纵向裂纹；??５—星状裂纹；６—振痕；７—气孔；８＿大型夹渣物??图１．６连铸坯表面缺陷示意图１２６１??Ｆｉｇ．?１．６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｄｅｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｓｌａｂ??１．３．１连铸坯表面振痕??结晶器振动在连铸上的实施是为了避免坯壳粘结在结晶器壁上不能滑脱，但是振动??不可避免的形成了沿板坯宽度上有规律的压痕，即振痕。??由于振痕与偏析、横向裂纹联系紧密，故被认为是常见的铸坯缺陷。振痕处几何形??状和显微组织的不连续，使之成为连铸过程裂纹产生的密集区，也是轧制过程中的裂纹??诱发区，此外，振痕处往往还伴随着严重的宏观偏析。在某种程度上，铸坯表面振痕的??存在决定了铸坯的表面质量，消除和减轻振痕是影响金属收得率和成本的重要因素，也??是铸坯热装和直接轧制的前提条件。??钩状振痕?凹陷状振痕??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国连铸保护渣技术现状及发展需求[J]. 王谦,何生平,李玉刚,朱礼龙,吴婷,陈卓. 连铸. 2014(05)
[2]板坯连铸热顶结晶器研究[J]. 张进,郭亮亮,张立. 宝钢技术. 2014(04)
[3]方坯软接触结晶器内钢液焦耳热场研究[J]. 王杏娟,刘然,朱立光,贾相明. 铸造技术. 2013(07)
[4]连铸坯表面纵裂纹产生原因[J]. 彭其春,童志博,杨秀枝. 物理测试. 2013(02)
[5]Structure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy billets by different hot-top semi-continuous casting technology[J]. ZHANG Zhiqiang,LE Qichi,and CUI Jianzhong The Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials(Ministry of Education of China),Northeastern University,Shenyang 110004,China. Rare Metals. 2011(04)
[6]热顶结构及铸造工艺对7075铝合金铸锭表面质量的影响[J]. 王高松,赵志浩,崔建忠,董帅. 轻合金加工技术. 2011(06)
[7]中间切缝圆坯连铸结晶器内弯月面行为的试验研究[J]. 许秀杰,邓安元,王恩刚,赫冀成. 连铸. 2010(03)
[8]连铸结晶器内凝固过程的热-流-力数值模拟[J]. 薛建国,王长松,张玉宝,金学伟. 武汉理工大学学报. 2010(01)
[9]5052铝合金大规格扁锭热顶铸造实践[J]. 谢绍俊. 铝加工. 2009(06)
[10]高频电磁场对15CrMo连铸坯表面质量和等轴晶率的影响机理[J]. 许秀杰,邓安元,王恩刚,张林涛,张永杰,赫冀成. 金属学报. 2009(11)
博士论文
[1]板坯连铸结晶器内凝固坯壳的热/力学行为研究[D]. 蔡兆镇.东北大学 2011
[2]高频电磁场改善连铸坯质量机理及其工业化应用研究[D]. 许秀杰.东北大学 2011
[3]圆坯连铸结晶器内热—力学行为的分析[D]. 尹合壁.大连理工大学 2006
[4]连铸坯表面振痕形成机理及其电磁控制技术[D]. 雷作胜.上海大学 2004
硕士论文
[1]连铸结晶器内钢液流动、传热及凝固数值模拟[D]. 王杰.武汉科技大学 2015
[2]沟槽内壁结晶器初生坯壳的数学模型[D]. 张振山.辽宁科技大学 2008
[3]沟槽结晶器内初生坯壳热力耦合模拟研究[D]. 张立夫.辽宁科技大学 2006
[4]热顶—电磁成型系统模拟与实验研究[D]. 曲若家.大连理工大学 2004
本文编号：3298996
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２连铸机示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｅ??
注入结晶器的高温钢水与水冷铜壁接触会迅速凝固形成很薄的初生坯壳。在钢水静??压力的作用下，生成的薄坯壳与铜壁紧紧贴在一起，钢水的热量迅速传给铜壁，最后被??冷却水带走，冷却水带走的热量约占结晶器总散热量的９６％左右。图１．４所示为板坯连??铸机结晶器内部区域示意图。随着凝固的继续进行，坯壳逐渐增厚，体积收缩离开铜壁，??在钢水静压力的作用下又把坯壳挤靠到铜壁上，收缩挤靠过程如此反复进行，直至坯壳??出结晶器。由于坯壳的不均匀性总是存在的，大部分表面缺陷就是起源于反复收缩挤靠??的过程。??钢液在结品器内的凝固传热讨以分为拉坏方向的传热和垂直ｒ－拉坯方向的传热两??个部分。相对而言，拉坯方向上的传热所占比例非常小，可忽略不计。在结晶器内，钢??液和坯壳的绝大部分热量是通过垂直于拉坯方向传递的。在结晶器的角部，由于其传热??方式为二维传热，传热速率较快，最早收缩形成气隙，之后角部传热始终小于其他部位，??致使角部区域的坯壳最薄（如图１．５所示），容易产生角部裂纹和发生角部漏钢。为了均??匀传热
１?一角部横裂纹；２—角部纵裂纹；３—表面横向裂纹；４一宽面纵向裂纹；??５—星状裂纹；６—振痕；７—气孔；８＿大型夹渣物??图１．６连铸坯表面缺陷示意图１２６１??Ｆｉｇ．?１．６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｄｅｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｓｌａｂ??１．３．１连铸坯表面振痕??结晶器振动在连铸上的实施是为了避免坯壳粘结在结晶器壁上不能滑脱，但是振动??不可避免的形成了沿板坯宽度上有规律的压痕，即振痕。??由于振痕与偏析、横向裂纹联系紧密，故被认为是常见的铸坯缺陷。振痕处几何形??状和显微组织的不连续，使之成为连铸过程裂纹产生的密集区，也是轧制过程中的裂纹??诱发区，此外，振痕处往往还伴随着严重的宏观偏析。在某种程度上，铸坯表面振痕的??存在决定了铸坯的表面质量，消除和减轻振痕是影响金属收得率和成本的重要因素，也??是铸坯热装和直接轧制的前提条件。??钩状振痕?凹陷状振痕??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国连铸保护渣技术现状及发展需求[J]. 王谦,何生平,李玉刚,朱礼龙,吴婷,陈卓. 连铸. 2014(05)
[2]板坯连铸热顶结晶器研究[J]. 张进,郭亮亮,张立. 宝钢技术. 2014(04)
[3]方坯软接触结晶器内钢液焦耳热场研究[J]. 王杏娟,刘然,朱立光,贾相明. 铸造技术. 2013(07)
[4]连铸坯表面纵裂纹产生原因[J]. 彭其春,童志博,杨秀枝. 物理测试. 2013(02)
[5]Structure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy billets by different hot-top semi-continuous casting technology[J]. ZHANG Zhiqiang,LE Qichi,and CUI Jianzhong The Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials(Ministry of Education of China),Northeastern University,Shenyang 110004,China. Rare Metals. 2011(04)
[6]热顶结构及铸造工艺对7075铝合金铸锭表面质量的影响[J]. 王高松,赵志浩,崔建忠,董帅. 轻合金加工技术. 2011(06)
[7]中间切缝圆坯连铸结晶器内弯月面行为的试验研究[J]. 许秀杰,邓安元,王恩刚,赫冀成. 连铸. 2010(03)
[8]连铸结晶器内凝固过程的热-流-力数值模拟[J]. 薛建国,王长松,张玉宝,金学伟. 武汉理工大学学报. 2010(01)
[9]5052铝合金大规格扁锭热顶铸造实践[J]. 谢绍俊. 铝加工. 2009(06)
[10]高频电磁场对15CrMo连铸坯表面质量和等轴晶率的影响机理[J]. 许秀杰,邓安元,王恩刚,张林涛,张永杰,赫冀成. 金属学报. 2009(11)
博士论文
[1]板坯连铸结晶器内凝固坯壳的热/力学行为研究[D]. 蔡兆镇.东北大学 2011
[2]高频电磁场改善连铸坯质量机理及其工业化应用研究[D]. 许秀杰.东北大学 2011
[3]圆坯连铸结晶器内热—力学行为的分析[D]. 尹合壁.大连理工大学 2006
[4]连铸坯表面振痕形成机理及其电磁控制技术[D]. 雷作胜.上海大学 2004
硕士论文
[1]连铸结晶器内钢液流动、传热及凝固数值模拟[D]. 王杰.武汉科技大学 2015
[2]沟槽内壁结晶器初生坯壳的数学模型[D]. 张振山.辽宁科技大学 2008
[3]沟槽结晶器内初生坯壳热力耦合模拟研究[D]. 张立夫.辽宁科技大学 2006
[4]热顶—电磁成型系统模拟与实验研究[D]. 曲若家.大连理工大学 2004
本文编号：3298996
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