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文檔簡介
1、H型鋼以優(yōu)良的力學(xué)性能和高效承載等特點在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展,H形連鑄坯作為一種近終形連鑄產(chǎn)品,利用其軋制制備 H型鋼具有能耗低、工序少、成材率高和成本低等優(yōu)點,是軋制生產(chǎn)H型鋼的最佳原料。由于H形坯斷面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,在連鑄過程中比常規(guī)坯形更容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。連鑄過程中鋼液的流動傳熱行為直接影響鑄坯質(zhì)量和工藝的順行,研究 H形坯連鑄過程中的流動傳熱等傳輸過程,深入探討各因素的影響規(guī)律,可為深入了解H形坯連鑄技術(shù)及獲得高品質(zhì)的H形連鑄坯提供
2、理論依據(jù),具有十分重要的學(xué)術(shù)與應(yīng)用價值。通過深入探討 H形坯連鑄過程的流動、傳熱行為,對中間包及結(jié)晶器內(nèi)的流動傳輸行為、結(jié)晶器內(nèi)凝固收縮行為及錐度影響機理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
本研究主要內(nèi)容包括:①面向兩個斷面的H形坯連鑄多流中間包具有每流雙出口、入口與出口不對稱分布的特點。通過構(gòu)建物理模擬模型和基于CV定權(quán)的TOPSIS多目標(biāo)優(yōu)化流程,研究了控流裝置對中間包向每流結(jié)晶器分流一致性的影響規(guī)律。優(yōu)化的控流裝置可以使中間包在兩個斷面
3、的結(jié)晶器澆鑄工況下都能發(fā)揮優(yōu)秀的冶金效果。②中間包包體在工作時與高溫鋼液接觸而升溫變形,通過數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)四流H形坯中間包的橫向變形量可高達(dá)約8mm。如若在中間包包體設(shè)計時不考慮消除這一變形,將引起中間包下方結(jié)晶器內(nèi)水口的偏移。通過結(jié)晶器銅板/鋼液3D流動傳熱模型,分析了水口偏移程度對結(jié)晶器內(nèi)流動行為及凝固坯殼分布的影響。研究結(jié)果表明,6mm的水口偏移即可引起結(jié)晶器內(nèi)流場特征發(fā)生顯著變化,并且水口的偏流將直接影響H形坯結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼周
4、向分布的均勻性。③全保護(hù)澆鑄是大多數(shù)H形坯連鑄結(jié)晶器的澆鑄方式,合理的結(jié)晶器內(nèi)流場是保證連鑄工藝順行、獲得高品質(zhì)產(chǎn)品的基礎(chǔ)。構(gòu)建了1:1物理模擬模型,采用示蹤劑模擬、波高測量、夾雜物模擬、刺激-響應(yīng)實驗方法,研究了全保護(hù)澆鑄下水口個數(shù)、水口設(shè)計參數(shù)、水口插入深度及工況對結(jié)晶器內(nèi)流場的影響規(guī)律,為結(jié)晶器流場的優(yōu)化提供了理論依據(jù)。④半敞開澆鑄是目前小斷面H形坯結(jié)晶器的主要澆鑄方式,但是目前的研究缺乏對半敞開澆鑄情況下 H形坯結(jié)晶器內(nèi)流場的研
5、究分析。本研究建立了氣體、保護(hù)渣、鋼液三相VOF數(shù)值模型和基于卷氣相似的1:1水模型,研究了半敞開澆鑄狀態(tài)下的H形坯結(jié)晶器流場,系統(tǒng)闡述了氣/鋼液/保護(hù)渣3相相互作用的流動行為。通過分析氣泡沖擊深度、氣/液接觸面積數(shù)據(jù),定量研究了漏斗形水口對流場的影響規(guī)律,為獲得高質(zhì)量鑄坯提供了理論依據(jù)。⑤結(jié)晶器內(nèi)的傳熱過程同時受到鋼液強制流動、拉速、結(jié)晶器銅板設(shè)計參數(shù)的影響,本研究同時對結(jié)晶器銅板及結(jié)晶器內(nèi)的鋼液進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,分析了結(jié)晶器段的流動傳熱
6、行為。通過結(jié)合文獻(xiàn)和自身研究對象的特點,為模型設(shè)定了結(jié)晶器內(nèi)三維的氣隙分布規(guī)律。研究詳細(xì)分析了流動對結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼三維分布的影響,得到的凝固坯殼分布結(jié)果在周向上和拉坯方向上均與實測數(shù)據(jù)合理吻合。該模型可以準(zhǔn)確模擬H形坯結(jié)晶器內(nèi)的流動傳熱行為。⑥提出了考慮3D強制流動及傳熱行為的結(jié)晶器錐度確定方法,采用該方法詳細(xì)討論了H形坯凝固坯殼表面及結(jié)晶器銅板熱面上21個特征點的形變特征。研究表明H形坯連鑄凝固坯殼表面在結(jié)晶器內(nèi)的形變復(fù)雜,鑄坯斷面
7、尺寸、鋼種性能對凝固坯殼的形變特征有顯著影響。通過結(jié)合H形坯的易發(fā)缺陷特性,對H形坯結(jié)晶器銅板各個部位的錐度曲線進(jìn)行了研究討論。⑦通過對435×320×90mm、500×360×102mm兩個斷面的H形坯連鑄過程進(jìn)行研究,加深了對H形坯連鑄過程中鋼液流動傳熱與形變機理的理解,明確了中間包與結(jié)晶器進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計的方向。工廠試生產(chǎn)實驗表明,所得結(jié)果可以滿足和確保生產(chǎn)順行。中間包包體形變研究、H形坯結(jié)晶器內(nèi)水口偏流研究、半敞開澆鑄結(jié)晶器流場研
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