雙輥鑄軋薄帶鋼過(guò)程數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近年來(lái)，雙輥鑄軋薄帶鋼技術(shù)取得了令人矚目的新進(jìn)展，得到了世界鋼鐵界的廣泛重視，其工藝成功和工業(yè)化生產(chǎn)將會(huì)給鋼鐵界帶來(lái)一場(chǎng)變革。在我國(guó)，雖然雙輥鑄軋薄帶鋼技術(shù)已經(jīng)研究很多年，但仍與國(guó)外技術(shù)水平存在很大的差距。在保證帶材組織性能均勻和良好板形質(zhì)量的最佳鑄輥結(jié)構(gòu)和冷卻方式設(shè)計(jì)，提高鑄輥使用壽命的最佳鑄輥輥形、輥套材質(zhì)和表面狀態(tài)，高精度的鑄軋過(guò)程數(shù)學(xué)模型的建立，鑄軋工藝和設(shè)備參數(shù)對(duì)鑄帶成形質(zhì)量和鑄軋過(guò)程穩(wěn)定性的影響，澆注技術(shù)和熔池表面狀態(tài)及雜質(zhì)

2、控制技術(shù)等方面，還有許多問(wèn)題尚未得到有效解決。因此，針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)雙輥鑄軋技術(shù)特別是鑄輥的結(jié)構(gòu)展開(kāi)深入細(xì)致的研究，對(duì)于該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。 本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“金屬融體凝固控制與若干先進(jìn)成形技術(shù)的基礎(chǔ)研究”課題之一“近終形雙輥鑄軋薄帶鋼的基礎(chǔ)研究”和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973項(xiàng)目)“凝固成形加工過(guò)程一體化數(shù)值模擬”，采用實(shí)驗(yàn)研究與理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)雙輥鑄軋薄帶鋼過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)

3、題進(jìn)行系統(tǒng)研究，取得了預(yù)期的研究成果。本文的主要工作和創(chuàng)新研究結(jié)果如下： (1)根據(jù)雙輥鑄軋薄帶工藝的特點(diǎn)，建立了能夠描述雙輥鑄軋過(guò)程中的湍流流動(dòng)、傳熱和凝固過(guò)程的控制方程。對(duì)固相率、凝固潛熱和湍流粘度等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了處理，給出了描述湍流流動(dòng)的統(tǒng)一方程，建立了考慮各種復(fù)雜因素在內(nèi)的雙輥鑄軋過(guò)程流動(dòng)和傳熱耦合的三維有限元分析理論。 (2)采用三維流熱耦合有限元分析理論對(duì)雙輥鑄軋薄帶鋼凝固過(guò)程中流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。給

4、出了澆注溫度、鑄軋速度、熔池液面高度、水口的出口角度、水口的浸入深度及輥套材質(zhì)等參數(shù)對(duì)熔池內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的影響規(guī)律，解決了鑄軋過(guò)程中工藝參數(shù)和設(shè)備確定中一些關(guān)鍵問(wèn)題，為水口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鑄軋工藝參數(shù)的確定奠定了一定的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 (3)建立了鑄輥三維熱-力耦合有限元分析理論，利用ANSYS商業(yè)軟件進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，對(duì)鑄輥的溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力和熱變形進(jìn)行了有限元分析，給出了鑄軋速度、熔池液面高度、冷卻強(qiáng)度、輥套厚度、冷卻水孔數(shù)量及布置

5、、輥套材質(zhì)和輥套表面覆層材質(zhì)及厚度等對(duì)鑄輥溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力和熱變形的影響規(guī)律。 (4)建立了比較完善的水平式等徑雙輥鑄軋系統(tǒng)，進(jìn)行了高速鋼和不銹鋼的鑄軋實(shí)驗(yàn)研究，得出了高速鋼和不銹鋼鑄軋的最佳工藝參數(shù)范圍。給出了澆注溫度、鑄軋速度、鑄軋力等主要參數(shù)對(duì)鑄帶成形及鑄軋過(guò)程穩(wěn)定性的影響規(guī)律，積累了大量的鑄軋薄帶鋼實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)薄帶鑄軋的應(yīng)用和鑄軋過(guò)程自動(dòng)控制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 (5)利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果、熱平衡計(jì)算和模擬相結(jié)合的反向方法