本文選題：雙輥薄帶鑄軋 + 流場(chǎng)　； 參考：《燕山大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：雙輥薄帶鑄軋技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)冶金工業(yè)最具革命性的技術(shù),其工藝直接使鋼水在結(jié)晶輥的作用下實(shí)現(xiàn)鑄和軋,將金屬的亞快速凝固技術(shù)與熱加工成型技術(shù)合二為一,真正實(shí)現(xiàn)"一火成材"。然而雙輥薄帶鑄軋工藝是個(gè)高度耦合的復(fù)雜問(wèn)題,涉及流體力學(xué)、傳熱學(xué)、金屬的凝固及熱變形等多學(xué)科多領(lǐng)域,工藝參數(shù)微小的變化都可能導(dǎo)致鑄帶產(chǎn)品出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷。為促進(jìn)雙輥薄帶鑄軋技術(shù)盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,其工藝的穩(wěn)定性控制、溶池流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布規(guī)律以及工藝在線(xiàn)調(diào)控技術(shù)等關(guān)鍵問(wèn)題還需進(jìn)一步深入研究。本文基于雙輥薄帶鑄軋工藝的特點(diǎn),研究了熔池與結(jié)晶輥面的換熱模型,并開(kāi)發(fā)了雙輥薄帶鑄軋的工藝軟件確定了合理的工藝取值范圍。自主設(shè)計(jì)研發(fā)了Φ500×350雙輥薄帶微振幅鑄軋機(jī),研究了熔池流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、溶質(zhì)場(chǎng)分布規(guī)律,并結(jié)合鑄軋實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)帶坯裂紋問(wèn)題、芯部偏析問(wèn)題、鑄坯組織控制等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)的研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1.分析雙輥薄帶鑄軋熔池和結(jié)晶輥接觸換熱特點(diǎn),以K1ss點(diǎn)為界將熔池接觸區(qū)分為軟接觸區(qū)和剛性接觸區(qū),并利用換熱實(shí)驗(yàn)分別確定了軟接觸區(qū)和剛性接觸區(qū)的換熱規(guī)律,進(jìn)而得到整個(gè)熔池區(qū)輥面換熱模型。利用該換熱模型開(kāi)發(fā)了用于雙輥薄帶鑄軋計(jì)算的工藝軟件,確定了較為合理的澆鑄工藝,包括鑄軋力、Kiss點(diǎn)位置、出口溫度等,為鑄軋?jiān)O(shè)備設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。2.自主設(shè)計(jì)研發(fā)了 Φ500×350雙輥薄帶微振幅鑄軋機(jī),該鑄軋機(jī)高3.7m,重約30T,采用了中間包冶金技術(shù)、浮動(dòng)輥縫控制技術(shù),振動(dòng)細(xì)晶技術(shù)等,可鑄軋不銹鋼、碳鋼、硅鋼、復(fù)合板帶及有色金屬等一系列產(chǎn)品。本文還對(duì)結(jié)晶輥的熱應(yīng)力、過(guò)盈量以及模態(tài)分析等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)剖析。采用該型鑄軋機(jī)成功生產(chǎn)出了 2mm厚低碳鋼薄帶,并分析了鑄軋薄帶的組織特點(diǎn)。3.為了準(zhǔn)確把握鑄軋熔池的流動(dòng)規(guī)律,建立了等比例水模型實(shí)驗(yàn)平臺(tái),發(fā)現(xiàn)了熔池芯部存在回流現(xiàn)象。開(kāi)發(fā)了用于鑄軋溶池研究的數(shù)值仿真系統(tǒng),研究了鑄軋速度、澆鑄溫度、熔池包角以及輥縫開(kāi)度等因素對(duì)熔池流場(chǎng)、K1ss點(diǎn)以及出口溫度的影響。4.建立了耦合氣體層換熱和流動(dòng)的VOF三維熔池模型,分析了傳統(tǒng)楔形布流器三維熔池流場(chǎng)的流動(dòng)規(guī)律,發(fā)現(xiàn)輥縫出口溫度場(chǎng)分布不均,K1ss曲線(xiàn)呈余弦函數(shù)的形式,尤其是側(cè)封板附近區(qū)域溫降嚴(yán)重。為此研發(fā)出新型船形布流器,并利用熱-水模型和數(shù)值仿真模型驗(yàn)證了新型布流器的優(yōu)越性。5.基于三維熔池流場(chǎng)溫度場(chǎng)仿真結(jié)果和鋁合金軋制實(shí)驗(yàn),分析了帶坯斜裂紋的產(chǎn)生機(jī)理。由于熔池各區(qū)域的溫度場(chǎng)和K1ss點(diǎn)位置分布不均導(dǎo)致在輥縫軋制區(qū)各點(diǎn)的壓下量不一致,材料不均勻的橫向移動(dòng)產(chǎn)生平行于裂紋面的剪切力,致使裂紋沿著滑移面動(dòng)態(tài)滑開(kāi)擴(kuò)展,產(chǎn)生貫穿狀的裂紋,屬于X型裂紋(滑移裂紋)。6.采用Scheil模型建立了耦合溶質(zhì)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型,研究了溶質(zhì)成分在凝固過(guò)程中的再分配規(guī)律,并解釋了鑄帶芯部偏析機(jī)理。基于數(shù)學(xué)模型研究了不同鑄軋速度、輥縫開(kāi)度等因素對(duì)芯部偏析的影響,解釋了 K1ss點(diǎn)位置是影響偏析的主要因素,為工業(yè)化鑄軋薄帶生產(chǎn)提供依據(jù)。7.基于枝晶熔斷和成分過(guò)冷理論等凝固學(xué)理論理推導(dǎo)了振動(dòng)形核率模型,結(jié)合KGT枝晶生長(zhǎng)模型建立了用于振動(dòng)凝固的CAFE模型,搭建振動(dòng)凝固實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并基于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該CAFE模型的正確性,實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果也證明了振動(dòng)可以有效提高形核率,細(xì)化凝固組織。進(jìn)而將振動(dòng)細(xì)晶技術(shù)引入雙輥薄帶鑄軋工藝,實(shí)驗(yàn)表明振動(dòng)鑄軋可以提高帶坯芯部形核率并細(xì)化帶坯。本文進(jìn)一步研究了不同頻率和振動(dòng)工藝對(duì)熔池組織的影響。
[Abstract]:Based on the characteristics of twin - roll thin strip casting and rolling technology , this paper studies the heat transfer model of twin - roll thin strip casting and rolling technology . It also studies the heat transfer law of twin - roll thin strip casting and rolling technology . It has developed a 桅500 脳 350 twin - roll thin strip micro - amplitude casting rolling mill . It has developed a 桅500 脳 350 twin - roll thin strip micro - amplitude casting rolling mill . The paper also develops a 桅500 脳 350 twin - roll thin strip micro - amplitude casting rolling mill . In this paper , the influence of the factors on the flow field , the K1ss point and the outlet temperature of the molten pool is discussed . The flow rule of the flow field in the three - dimensional molten pool is established by using the model of heat - water model and numerical simulation .

【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG335.9

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本文編號(hào)：1783473