连铸板坯结晶器钢水凝固及摩擦力的研究
发布时间：2021-07-05 17:20
随着现代连铸技术的发展,如何提高连铸效率已成为冶金工作者研究的首要任务。但是效率的提升势必会带来一系列的问题,尤其漏钢被认为是连铸过程中危害性最大的生产事故,不仅会使铸坯质量下降,严重的还会危害到人身安全。因此本文基于当前连铸结晶器传热和摩擦的理论,通过数值计算和有限元模拟等方法,对铸坯与结晶器间摩擦力对拉漏的影响进行研究,主要包括以下几方面:首先,使用ANSYS有限元软件建立了结晶器内钢水凝固传热和结晶器铜板传热分析的有限元模型,模拟了二者温度场的分布,并得到其特征部位的温度变化。通过改变拉坯速度,研究了连铸板坯和结晶器铜板的温度变化规律,为摩擦力的计算提供温度数据。其次,利用N-S方程和牛顿库仑定律计算了铸坯与结晶器间的摩擦力分布。得出了固体摩擦力的增加比液态摩擦力波动快的规律。同时更改浇铸温度,比较了不同浇铸温度下液体摩擦力的变化。最后,使用SolidWorks软件结合坯壳厚度分布建立了坯壳受力分析的有限元模型,分析了坯壳的受力状态。采用ANSYS软件中的接触算法将结晶器铜板假设为刚性体使之与坯壳接触,考虑了热应力、摩擦力、钢水静压力等情况,模拟计算了坯壳内的等效应力分布,并分析...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
连铸的工艺流程图
第2章铸坯凝固传热理论及摩擦力的计算方法-9-第2章铸坯凝固传热理论及摩擦力的计算方法2.1结晶器内钢液的凝固传热理论2.1.1铸坯与结晶器间的传热行为结晶器的主要作用是将炙热的钢水迅速凝结成规定形状、薄厚均匀的坯壳，同时在结晶器振动的过程中能够顺利的拉出结晶器，防止漏钢。在连续铸钢过程中，传热过程主要包括以下几方面：炙热液芯与坯壳之间的传热；凝固坯壳内的热传导；坯壳与结晶器的传热；结晶器铜板内部传热；结晶器与冷却水的传热。传热过程如图2-1所示。图2-1结晶器内传热图示（1）液芯与坯壳之间的传热：液芯与结晶器间热流lQ如公式（2-1）所示：（2-1）式中，(clTT)——钢水过热度；lh——对流换热系数，kW/(m2·℃)。其中lh可用式（2-2）表示：()llclQ=hTT温度结晶器壁距离水铜板气隙坯壳坯壳
燕山大学工程硕士学位论文-12-图2-2钢液的凝固过程2.1.2影响结晶器内传热的因素以下几个方面为主要影响结晶器传热的主要因素：（1）结晶器的锥度气隙对于铸坯质量的影响较大，因此大部分结晶器会对锥度进行改进，使之与铸坯更好的贴合，以增大铸坯与结晶器间的传热。锥度的实现更加有利于传热的进行，从而增加了坯壳的厚度，使结晶器出口的温度降低，对于铸坯表面裂纹的消除起到有利的作用。结晶器锥度也有一定的弊端，若锥度过大，会使铸坯与结晶器间摩擦阻力增大，使结晶器磨损加剧，寿命降低。（2）结晶器壁内表面形状不同的结晶器内壁形状也可以增加传热。研究显示，波浪式结晶器能够有效地增加8%~9%的传热面积，从未减小气隙改善传热，并且该方式在前苏联的实验中也得到了验证。（3）保护渣和润滑剂不同的保护渣产生的润滑方式在弯月面处会发生明显的热流密度差，不过随着拉坯的进行，在结晶器出口附近这种差别会逐渐降低。（4）钢水成分的影响不同的含碳量所导致的结晶器壁温度差也不尽相同。当含碳量在0.12％左右时，结晶器温度引起的波动较高含碳量大得多。其原因在于前者承受的δ~γ固态转变由于收缩量巨大，增加了气隙的形成，从而使传热率降低。当含碳量在0.1％左右时，弯月面接触区气隙区
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于凝固相转变影响的结晶器内热力耦合分析[J]. 甄成国,麻永林,邢淑清,许建飞,陈重毅,李振团. 钢铁. 2016(02)
[2]连铸技术的发展现状与趋势[J]. 陈开义,常立忠,王建军. 宽厚板. 2015(05)
[3]Q235钢杨氏弹性模量的研究[J]. 付建勋,李京社,汪春雷,朱经涛. 材料导报. 2009(18)
[4]圆坯连铸凝固传热数学模型及应用[J]. 孙开明,付继成,李京社,温德松. 钢管. 2009(03)
[5]基于结晶器与坯壳间摩擦力的漏钢预报研究[J]. 秦旭,朱超甫,尹延荣. 中国科技信息. 2008(19)
[6]连铸坯连续弯曲矫直技术的新探索与实践[J]. 景奉儒,李宪奎,杨拉道,王铁钢,刘继明,陈志勇. 热加工工艺. 2008(17)
[7]正弦振动结晶器摩擦力与负滑脱参数对比分析[J]. 臧欣阳,王旭东,马勇,姚曼,张立. 钢铁. 2007(10)
[8]连铸结晶器摩擦力的研究现状[J]. 姚曼,李玉波,王旭东,尹合壁. 钢铁研究学报. 2007(06)
[9]薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热分析[J]. 杨刚,李宝宽,于洋,齐凤升. 金属学报. 2007(03)
[10]板坯连铸结晶器的热弹塑性力学分析[J]. 刘旭东,朱苗勇,程乃良. 金属学报. 2006(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]板坯连铸结晶器内传热与摩擦行为研究[D]. 臧欣阳.大连理工大学 2009
[3]连铸结晶器摩擦行为的检测方法及其特性研究[D]. 马勇.大连理工大学 2009
[4]连铸结晶器热、力在线检测技术及其应用基础研究[D]. 王旭东.大连理工大学 2008
[5]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
[6]薄板连铸坯的温度与应力状态的研究[D]. 陈登福.重庆大学 1997
硕士论文
[1]异型坯结晶器振动对凝固行为的影响[D]. 和保民.华北理工大学 2019
[2]结晶器保护渣渣膜/气隙及其热阻数值计算研究[D]. 胡鹏宏.大连理工大学 2018
[3]结晶器内凝固三维热力耦合分析[D]. 胡硕.华北理工大学 2017
[4]方坯连铸结晶器流场与锥度的研究[D]. 李海燕.燕山大学 2016
[5]特厚矩型坯结晶器流场与温度场模拟及锥度计算[D]. 郝鸿鑫.燕山大学 2016
[6]特厚连铸矩形坯凝固过程数值模拟的研究[D]. 申燕强.燕山大学 2015
[7]连铸保护渣液/固渣膜传热与润滑行为模拟研究[D]. 孔令伟.大连理工大学 2015
[8]板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究[D]. 许春云.燕山大学 2015
[9]连铸板坯表面振痕形成机理的研究[D]. 张洪威.燕山大学 2013
[10]连铸板坯凝固温度场及弯矫过程受力分析[D]. 申诺然.燕山大学 2012
本文编号：3266491
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
连铸的工艺流程图
第2章铸坯凝固传热理论及摩擦力的计算方法-9-第2章铸坯凝固传热理论及摩擦力的计算方法2.1结晶器内钢液的凝固传热理论2.1.1铸坯与结晶器间的传热行为结晶器的主要作用是将炙热的钢水迅速凝结成规定形状、薄厚均匀的坯壳，同时在结晶器振动的过程中能够顺利的拉出结晶器，防止漏钢。在连续铸钢过程中，传热过程主要包括以下几方面：炙热液芯与坯壳之间的传热；凝固坯壳内的热传导；坯壳与结晶器的传热；结晶器铜板内部传热；结晶器与冷却水的传热。传热过程如图2-1所示。图2-1结晶器内传热图示（1）液芯与坯壳之间的传热：液芯与结晶器间热流lQ如公式（2-1）所示：（2-1）式中，(clTT)——钢水过热度；lh——对流换热系数，kW/(m2·℃)。其中lh可用式（2-2）表示：()llclQ=hTT温度结晶器壁距离水铜板气隙坯壳坯壳
燕山大学工程硕士学位论文-12-图2-2钢液的凝固过程2.1.2影响结晶器内传热的因素以下几个方面为主要影响结晶器传热的主要因素：（1）结晶器的锥度气隙对于铸坯质量的影响较大，因此大部分结晶器会对锥度进行改进，使之与铸坯更好的贴合，以增大铸坯与结晶器间的传热。锥度的实现更加有利于传热的进行，从而增加了坯壳的厚度，使结晶器出口的温度降低，对于铸坯表面裂纹的消除起到有利的作用。结晶器锥度也有一定的弊端，若锥度过大，会使铸坯与结晶器间摩擦阻力增大，使结晶器磨损加剧，寿命降低。（2）结晶器壁内表面形状不同的结晶器内壁形状也可以增加传热。研究显示，波浪式结晶器能够有效地增加8%~9%的传热面积，从未减小气隙改善传热，并且该方式在前苏联的实验中也得到了验证。（3）保护渣和润滑剂不同的保护渣产生的润滑方式在弯月面处会发生明显的热流密度差，不过随着拉坯的进行，在结晶器出口附近这种差别会逐渐降低。（4）钢水成分的影响不同的含碳量所导致的结晶器壁温度差也不尽相同。当含碳量在0.12％左右时，结晶器温度引起的波动较高含碳量大得多。其原因在于前者承受的δ~γ固态转变由于收缩量巨大，增加了气隙的形成，从而使传热率降低。当含碳量在0.1％左右时，弯月面接触区气隙区
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于凝固相转变影响的结晶器内热力耦合分析[J]. 甄成国,麻永林,邢淑清,许建飞,陈重毅,李振团. 钢铁. 2016(02)
[2]连铸技术的发展现状与趋势[J]. 陈开义,常立忠,王建军. 宽厚板. 2015(05)
[3]Q235钢杨氏弹性模量的研究[J]. 付建勋,李京社,汪春雷,朱经涛. 材料导报. 2009(18)
[4]圆坯连铸凝固传热数学模型及应用[J]. 孙开明,付继成,李京社,温德松. 钢管. 2009(03)
[5]基于结晶器与坯壳间摩擦力的漏钢预报研究[J]. 秦旭,朱超甫,尹延荣. 中国科技信息. 2008(19)
[6]连铸坯连续弯曲矫直技术的新探索与实践[J]. 景奉儒,李宪奎,杨拉道,王铁钢,刘继明,陈志勇. 热加工工艺. 2008(17)
[7]正弦振动结晶器摩擦力与负滑脱参数对比分析[J]. 臧欣阳,王旭东,马勇,姚曼,张立. 钢铁. 2007(10)
[8]连铸结晶器摩擦力的研究现状[J]. 姚曼,李玉波,王旭东,尹合壁. 钢铁研究学报. 2007(06)
[9]薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热分析[J]. 杨刚,李宝宽,于洋,齐凤升. 金属学报. 2007(03)
[10]板坯连铸结晶器的热弹塑性力学分析[J]. 刘旭东,朱苗勇,程乃良. 金属学报. 2006(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]板坯连铸结晶器内传热与摩擦行为研究[D]. 臧欣阳.大连理工大学 2009
[3]连铸结晶器摩擦行为的检测方法及其特性研究[D]. 马勇.大连理工大学 2009
[4]连铸结晶器热、力在线检测技术及其应用基础研究[D]. 王旭东.大连理工大学 2008
[5]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
[6]薄板连铸坯的温度与应力状态的研究[D]. 陈登福.重庆大学 1997
硕士论文
[1]异型坯结晶器振动对凝固行为的影响[D]. 和保民.华北理工大学 2019
[2]结晶器保护渣渣膜/气隙及其热阻数值计算研究[D]. 胡鹏宏.大连理工大学 2018
[3]结晶器内凝固三维热力耦合分析[D]. 胡硕.华北理工大学 2017
[4]方坯连铸结晶器流场与锥度的研究[D]. 李海燕.燕山大学 2016
[5]特厚矩型坯结晶器流场与温度场模拟及锥度计算[D]. 郝鸿鑫.燕山大学 2016
[6]特厚连铸矩形坯凝固过程数值模拟的研究[D]. 申燕强.燕山大学 2015
[7]连铸保护渣液/固渣膜传热与润滑行为模拟研究[D]. 孔令伟.大连理工大学 2015
[8]板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究[D]. 许春云.燕山大学 2015
[9]连铸板坯表面振痕形成机理的研究[D]. 张洪威.燕山大学 2013
[10]连铸板坯凝固温度场及弯矫过程受力分析[D]. 申诺然.燕山大学 2012
本文编号：3266491
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