含鈮鋼異型坯連鑄二冷制度的研究.pdf

1、H型鋼是一種經(jīng)濟(jì)橫截面型材，因與普通工字鋼相比具有截面模數(shù)大、重量輕、節(jié)省金屬等諸多優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、高層建筑、橋梁、海洋鉆井平臺(tái)、大型船舶等工程建設(shè)。在鋼中加入適量的Nb能提高奧氏體再結(jié)晶溫度，從而細(xì)化晶粒，大幅度提高鋼的性能。但隨著鈮含量的增加，鋼的高溫塑性變差。且含鈮鋼異型坯因其橫截面復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程中比常規(guī)鑄坯更容易產(chǎn)生裂紋缺陷。然而可以通過(guò)優(yōu)化鑄坯的冷卻條件來(lái)調(diào)整鑄坯的冷卻速度和改善橫斷面的冷卻均勻性，從而改善鑄坯冷卻

2、狀態(tài)，減少鑄坯質(zhì)量缺陷。因此，本文以國(guó)內(nèi)某鋼廠尺寸為450mm×350mm×90mm的連鑄異型坯為研究對(duì)象，研究異型坯連鑄的二冷制度對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響規(guī)律。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)建立了二維異型坯連鑄凝固傳熱數(shù)學(xué)模型和二冷水迭代計(jì)算模型。根據(jù)鋼種的高溫力學(xué)性能、冶金準(zhǔn)則的要求，確定連鑄二次冷卻的目標(biāo)溫度曲線，以目標(biāo)溫度曲線為連鑄凝固傳熱模型的二次冷卻區(qū)的邊界條件;利用二冷水迭代計(jì)算模型，計(jì)算出二冷各區(qū)換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式h

3、=1.57W0.55(1-0.0075Tw)/α中各區(qū)的α值，得到模型中內(nèi)外弧二冷1至5區(qū)α值分別為:3.2912、2.8656、1.8139、2.8373和3.9475，窄面二冷1至5區(qū)α值分別為·3.1127、2.5004、2.0954、1.1421和1.5462。根據(jù)換熱系數(shù)與水流密度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，模擬計(jì)算了三個(gè)典型含鈮鋼種連鑄二冷配水的水表。
　　(2)建立了二維異型坯連鑄坯殼的熱/力耦合模型，并結(jié)合Q345B異型坯連鑄的

4、二冷配水，在拉速為1.0m·min-1，過(guò)熱度為40℃條件下，研究了連鑄異型坯的溫度場(chǎng)、坯殼厚度分布、熱應(yīng)變分布規(guī)律。利用二次冷卻冶金準(zhǔn)則評(píng)判異形坯溫度分布狀況，得到二冷1至5區(qū)腹板表面中心點(diǎn)溫度回升速率為99.3℃/m、18.4℃/m、17.1℃/m、11.5℃/m和4.0℃/m，均小于100℃/m，符合二次冷卻準(zhǔn)則。采用異型坯表面溫度標(biāo)準(zhǔn)差，考查了連鑄異型坯表面橫向溫度分布的均勻性。得到結(jié)晶器出口處、二冷1至5區(qū)出口處和空冷區(qū)出口處

5、溫度標(biāo)準(zhǔn)差分別為:105.81℃、81.12℃、104.07℃、142.11℃、141.22℃、136.38℃和79.97℃。結(jié)晶器出口處腹板中心線上坯殼厚度為15mm。當(dāng)異型坯界面移至距彎月面3.88m時(shí)，腹板中心完全凝固。在整個(gè)拉坯過(guò)程中，翼緣角部的熱應(yīng)變最大。
　　(3)采用單一變量法研究分析了拉速、過(guò)熱度等工藝參數(shù)對(duì)異型坯溫度場(chǎng)、坯殼厚度分布及熱應(yīng)變分布的影響規(guī)律。結(jié)果表明:拉速?gòu)?.8m·min-1增加到1.2m·min

6、-1，每升高0.2m·min-1，矯直前腹板中心溫度升高25℃左右，腹板中心完全凝固位置后移0.80m左右。腹板表面中心熱應(yīng)變隨著拉速的增大而減小，拉速為0.8m·min-1、1.0m·min-1和1.2m·min-1時(shí)矯直前腹板表面中心的熱應(yīng)變分別為-0.0122、-0.0110和-0.0101。
　　(4)距彎月面相同位置處，過(guò)熱度越高，腹板表面中心溫度升高、坯殼厚度減小、腹板表面中心熱應(yīng)變減小。矯直前，過(guò)熱度從20℃增加到4