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316不锈钢板坯连铸结晶器内凝固规律的研究

作　者: 李建飞
导　师: 李慧琴; 麻永林
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 模拟连铸 δ铁素体转变量拉速过热度
分类号: TF777
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

包晶钢在连铸过程中，高温时的包晶反应(L+δ→γ)产生体积收缩使得坯壳与铜板间产生气隙，导致铸坯在结晶器内凝固传热不稳定，坯壳生长不均匀，同时这也是铸坯各种缺陷的源头。因此控制包晶反应的初生δ铁素体量是至关重要的。为研究连铸时δ铁素体转变量、拉速、过热度、气隙周期等对结晶器内坯壳凝固规律的影响，作者利用合作方瑞典皇家工学院所测漏钢坯壳数据，采用有限元软件ANSYS，模拟了316不锈钢板坯连铸时结晶器内坯壳的生长情况，分别计算了δ铁素体转变量为0%、25%、50%、75%、100%，拉速为0.4m/min、0.5m/min、0.6m/min、0.8m/min，过热度为30℃、40℃、50℃及气隙周期为50mm、75mm、100mm时坯壳出口最低温度、坯壳厚度及表面温度等变化，讨论了坯壳生长及厚度变化规律。同时用漏钢坯壳厚度测量数据进行了对比，验证了计算结果的可靠性。计算结果表明：δ铁素体转变量能够极大增加坯壳纵向温度，但对横向温度的梯度的变化影响较小。通过分析横向温度的变化，确定在距角部40mm左右处坯壳最薄，同时，也研究了出口坯壳厚度变化规律；随着拉速和过热度的提高，坯壳出口温度及角部温度均升高、坯壳的出口厚度减薄，而角部温度波动随拉速提高，越来越小；在低拉速条件下坯壳最薄处均在横向距角部40mm左右位置处，高拉速条件下坯壳最薄处向角部靠近。在本文的计算条件下同时得出，宽面上沿坯壳横向，在150mm内，温度波动可超过250℃；沿坯壳纵向，在100mm范围内，温度波动最大差值为87.44℃；波动周期对于坯壳的出口温度及厚度等影响不大。比较δ铁素体转变量为50%时模拟结果与合作方提供的漏钢坯壳厚度测量曲线后，发现拟合较好，而国内漏钢坯壳的测量结果厚度也呈现波动性变化，验证了模拟的正确性。模拟结果显示δ铁素体转变量、拉坯速度、过热度及气隙的周期对坯壳的生长都有不同程度的影响。这为改善结晶器内传热条件，提高铸坯表面质量提供了线索和依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
引言  10-11
1 概述  11-20
  1.1 我国的连铸技术发展及趋势  11-12
  1.2 连铸坯的凝固过程  12-16
    1.2.1 板坯连铸结晶器  13-14
    1.2.2 结晶器内的坯壳的生长  14-15
    1.2.3 结晶器传热对铸坯质量的影响  15-16
  1.3 铸坯凝固传热数学模型的研究  16-20
    1.3.1 结晶器内数值模拟的研究现状  16-17
    1.3.2 有限元理论及仿真软件 ANSYS 的简介  17-20
2 研究背景  20-22
3 材料的选择  22-26
  3.1 奥氏体不锈钢  22
  3.2 奥氏体不锈钢凝固过程  22-24
  3.3 计算所用钢种  24-26
4 计算模型的建立  26-34
  4.1 建模的几点简化和假设  26
  4.2 几何模型  26-27
  4.3 有限元模型  27
  4.4 初始条件和边界条件  27-28
  4.5 凝固潜热  28-29
  4.6 换热系数的处理  29-31
  4.7 其他物性参数  31
  4.8 模拟方案  31-34
5 模拟结果及分析  34-57
  5.1 不同过热度下的计算结果  34-38
    5.1.1 过热度对坯壳出口温度及厚度的影响  34-35
    5.1.2 过热度对角部温度及出口处厚度波动的影响  35-38
  5.2 不同拉速下的计算结果  38-44
    5.2.1 拉速对坯壳出口温度及厚度的影响  38-40
    5.2.2 拉速对角部温度及出口处厚度波动的影响  40-44
  5.3 不同δ铁素体转变量下的计算结果  44-51
    5.3.1 δ铁素体转变量对坯壳出口温度及厚度的影响  44-47
    5.3.2 δ铁素体转变量对角部温度及出口处厚度波动的影响  47-51
  5.4 不同周期的计算结果  51-55
    5.4.1 周期对坯壳出口温度及厚度的影响  51-52
    5.4.2 周期对角部温度及出口处厚度波动的影响  52-55
  5.5 本章小结  55-57
6 漏钢坯壳的实验研究  57-63
  6.1 合作方坯壳厚度测量实验  57
  6.2 国内漏钢坯壳测量实验  57-60
  6.3 计算模型的验证  60-62
  6.4 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-68
在学研究成果  68-69
致谢  69

316不锈钢板坯连铸结晶器内凝固规律的研究

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