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宽厚板连铸结晶器与二冷区凝固过程数值模拟

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引 言

1 文献综述

1.1 连铸生产工艺概述

1.2 我国宽厚板生产现状

1.3 连铸过程研究方法

1.4 板坯连铸传热特性的研究

1.5 课题研究目的

1.6 本章小结

2 选题背景和意义

2.1 选题背景

2.2 选题意义

2.3 课题内容及研究方法

2.4 本章小结

3 连铸坯凝固传热理论分析与计算

3.1 物理模型的描述

3.2 板坯连铸凝固模型的建立

3.3 结晶器的冷却

3.4 二冷区的冷却

3.5 空冷区的冷却

3.6 热物性参数的处理

3.7 网格密度和时间步长的确定

3.8 结晶器内热流密度的计算

3.9 二冷区换热系数计算

3.10 本章小结

4 计算结果及数据分析

4.1 典型拉速、尺寸下铸坯各关键位置温度变化特征

4.2 拉速对铸坯凝固过程的影响

4.3 过热度对铸坯凝固过程的影响

4.4 水量变化对铸坯凝固过程的影响

4.5 结晶器内铸坯应力应变及坯壳收缩分析

4.6 本章小结

结 论

参考文献

在学研究成果

致谢

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摘要

连铸技术由于具有高产高效的优点,成为板坯、方坯和管、线材生产的主要方法。但随着连铸生产的普及化和高效化,一系列技术难题随之出现,尽而影响到连铸工艺化操作和铸坯质量的控制。因此,对连铸过程的凝固和传热特性进行深入分析和优化变得尤为重要。
  本课题以数值模拟为研究手段,立足于生产实际,并以包钢宽厚板板坯连铸机为研究对象,取铸坯截面尺寸为1950mm×250mm,运用ANSYS商业软件对板坯连铸全过程温度场进行模拟分析。在温度场研究基础上,分析了拉速、过热度、喷水量等因素对铸坯凝固过程的影响,并且对铸坯在结晶器中的应力应变及收缩情况进行了耦合分析。从而可以直接观察到铸坯在结晶器中的应力变化和铸坯收缩量,以及铸坯出结晶器的坯壳厚度、各点温度等。这对在整个连铸过程中,铸坯的温度控制和结晶器内铸坯收缩情况有了较为系统的研究。
  针对现场实际情况,通过对板坯连铸凝固全过程进行数值模拟及工艺过程控制,计算中考虑到热物性参数随温度的变化。模拟值与实测数据进行了对比,且一致性较好,模拟结果可为铸坯质量的改进提供理论依据。且模拟结果表明:当拉速或过热度增大时,铸坯各位置温度增高,出结晶器的坯壳厚度均会减薄,凝固末端位置后移;增大冷却水量会使铸坯温降加快,凝固末端位置前移;反之降低水量会使铸坯温降减缓,凝固末端位置后移。根据结晶器耦合模拟结果,当拉速增大时,铸坯在结晶器的应力应变减小,同时铸坯窄面中心和角部的位移量也会有所减小。

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