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连铸H型异型坯二冷配水及凝固规律的研究

作　者: 贾帅
导　师: 任廷志
学　校: 燕山大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: H型异型坯二冷凝固工艺参数配水曲线
分类号: TF777
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

二冷配水是连铸冷却过程的重要组成部分，H型异型坯断面几何形状不规则，极易引起翼稍和R角等部位冷却水分布不均匀现象，严重影响着连铸过程中铸坯的散热和铸坯的质量。为了改善铸坯质量，探究二冷配水与铸坯断面形状之间的关系，有必要对铸坯断面理想水量分布规律进行研究。以断面型号为750mm×450mm×120mm的H型异型坯连铸生产线参数为基础，应用数学模拟的方法，对连铸凝固过程进行了模拟，首先分析了比水量、过热度和拉速等工艺参数对铸坯凝固过程的影响，以及H型异型坯凝固过程坯壳变化规律；通过提取铸坯断面温度，探究了H型异型坯断面温度分布不均匀性的存在及变化规律。之后，通过ANSYS Design Opt优化设计模块，以铸坯温度场为基础，综合考虑连铸冶金准则和铸坯断面温度分布均匀性，对该型号H型异型坯二冷配水曲线进行了优化，得出了二冷区不同位置H型异型坯断面理想水流密度拟合曲线，该曲线可作为二冷区断面水量分布控制的参考曲线。为了验证断面水量分布控制的必要性。论文还对比了铸坯在优化前后两种水量条件下的铸坯温度场和应力场变化情况。模拟结果显示，优化后的铸坯温度分布和表面应力变化率明显好于优化之前，铸坯质量明显提高。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题研究意义和目的  10
  1.2 H 型异型坯连铸技术概述  10-12
  1.3 连铸二冷控制及研究现状  12-15
    1.3.1 拉速关联配水  13
    1.3.2 瞬态传热模型在线动态控制  13
    1.3.3 传感器在线检测控制  13-14
    1.3.4 基于有效拉速计算的动态控制  14
    1.3.5 人工智能优化控制  14-15
    1.3.6 二次冷却研究现状  15
  1.4 H 型异型坯凝固冷却发展状况  15-17
    1.4.1 H 型异型坯凝固冷却发展现状  15-16
    1.4.2 H 型异型坯凝固冷却发展存在的问题  16-17
  1.5 课题研究的内容和研究步骤  17-18
    1.5.1 研究内容  17
    1.5.2 研究步骤  17-18
第2章 H 型异型坯连铸二次冷却与铸坯质量  18-28
  2.1 H 型异型坯质量缺陷  18-19
    2.1.1 表面缺陷  18-19
    2.1.2 内部缺陷  19
    2.1.3 形状缺陷  19
  2.2 H 型异型坯连铸凝固传热的特点  19-23
    2.2.1 结晶器内传热  20
    2.2.2 二冷区凝固传热  20-22
    2.2.3 H 型异型坯连铸凝固冶金准则  22-23
  2.3 H 型异型坯连铸二冷配水分布  23-26
    2.3.1 比水量  24
    2.3.2 二冷各区冷却水水量分配  24-25
    2.3.3 铸坯断面水量分配  25-26
    2.3.4 二冷配水喷淋系统  26
  2.4 本章小结  26-28
第3章凝固传热模型和热弹塑性应力模型的建立  28-44
  3.1 凝固传热模型的建立  28-34
    3.1.1 基本假设和微分方程  28-29
    3.1.2 初始条件和边界的确定  29-30
    3.1.3 物性参数的确定  30-34
  3.2 热弹塑性应力模型的建立  34-38
    3.2.1 模型基本假设与方程  34-36
    3.2.2 钢的高温力学参数的确定  36-38
  3.3 H 型异型坯连铸机工艺参数  38-41
    3.3.1 结晶器工艺参数  39
    3.3.2 二冷区工艺参数  39-41
  3.4 热流密度和换热系数的计算  41-43
    3.4.1 结晶器热流密度  41-42
    3.4.2 二冷区综合换热系数  42-43
  3.5 有限元模型  43
  3.6 本章小结  43-44
第4章 H 型异型坯连铸仿真结果分析  44-59
  4.1 H 型异型坯二维温度场与应力场分布  44-47
    4.1.1 温度场分析  44-45
    4.1.2 应力场分析  45-47
  4.2 结果分析  47-54
    4.2.1 工艺参数对温度变化曲线的影响  47-50
    4.2.2 坯壳厚度变化  50-52
    4.2.3 铸坯断面表面温度曲线变化规律  52-54
  4.3 H 型异型坯三维模拟结果分析  54-57
    4.3.1 温度场和应力场模拟结果  54-57
    4.3.2 三维应变模拟结果  57
  4.4 本章小结  57-59
第5章 H 型异型坯二冷配水曲线的研究  59-73
  5.1 ANSYS 优化设计技术简介  59-60
    5.1.1 优化设计的基本要素  59-60
    5.1.2 优化设计的基本过程  60
  5.2 基于 ANSYS 优化设计技术的二冷配水曲线研究  60-65
    5.2.1 目标温度曲线的制定  60-61
    5.2.2 目标函数制定  61-62
    5.2.3 权系数的确定  62-63
    5.2.4 设计变量  63-64
    5.2.5 状态变量  64
    5.2.6 数学模型  64
    5.2.7 程序实现  64-65
  5.3 优化结果分析  65-72
    5.3.1 H 型异型坯理想水流密度分布  65-67
    5.3.2 优化前后温度场和应力场结果分析  67-72
  5.4 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-78
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  78-79
致谢  79-80
作者简介  80

连铸H型异型坯二冷配水及凝固规律的研究

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