直軋是將小方坯鑄機(jī)與軋機(jī)直接對(duì)接,充分利用鋼水自身的熱量,實(shí)現(xiàn)了免加熱直接軋制的工藝流程,最顯著的優(yōu)點(diǎn)是縮短了工藝流程,達(dá)到節(jié)能減排的目的,同時(shí)對(duì)鑄坯中心凝固組織的細(xì)化有改善作用,提高軋材的力學(xué)性能。通過數(shù)值模擬和工業(yè)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究了連鑄直軋過程中溫度、應(yīng)力的變化規(guī)律,在此基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有的連鑄直軋工藝進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化結(jié)果成功應(yīng)用于連鑄直軋工業(yè)化生產(chǎn)。研究?jī)?nèi)容主要包括:1)研究了連鑄工藝參數(shù)(拉速、澆注溫度、二冷強(qiáng)度、鑄坯形狀等)對(duì)連鑄出坯過程的影響;2)研究了矯直與切割位置、多流合并過程、輸送輥道形式及感應(yīng)補(bǔ)熱對(duì)鑄坯溫度分布的影響;3)對(duì)比了直軋與傳統(tǒng)加熱軋制過程中鑄坯溫度變化及變形過程,研究了直軋鑄坯軋制失穩(wěn)機(jī)理并提出合理的改善措施;4)對(duì)直軋產(chǎn)品性能進(jìn)行檢測(cè),驗(yàn)證了直軋工藝的可行性。高速連鑄出坯過程研究結(jié)果表明:當(dāng)150mm×150mm方坯連鑄結(jié)晶器出口坯殼厚度要求不小于10mm時(shí),鑄機(jī)的理論最高拉速為3.0m/min;當(dāng)保持二冷水流量120L/m2·min一定時(shí),拉速每升高0.4m/min,鑄坯表面溫度升高約50℃;二冷水流量的大小直接影響鑄坯的凝固和鑄坯表面溫度的波動(dòng),當(dāng)拉速控制在2.2 m/min-3.0m/min范圍內(nèi),二冷水流量不宜超過80 L/m2·min-100 L/m2·min;當(dāng)二冷水流量超過100L/m2·min,雖然在二冷區(qū)域內(nèi)鑄坯冷卻加大,但鑄坯表層溫差很大,會(huì)導(dǎo)致后續(xù)回溫很高,影響鑄坯質(zhì)量;澆注過熱度應(yīng)控制在25℃左右,且溫度波動(dòng)范圍不宜過大,應(yīng)控制在±5℃以內(nèi);鑄坯角部采用較大半徑圓角對(duì)鑄坯溫度分布有明顯影響,當(dāng)圓角半徑為鑄坯斷面10%-15%時(shí),鑄坯角部溫度增加量最為明顯;對(duì)于150mm×150mm小方坯鑄機(jī),采用火焰切割時(shí),切割完200s后距切割面60mm的位置溫度升高量很高,大于50℃,無法滿足直軋鑄坯對(duì)鑄坯表面溫度波動(dòng)較小的基本要求,建議采用機(jī)械式切割;當(dāng)采用機(jī)械切割方式在拉矯直后1.0m范圍內(nèi)盡早切割時(shí),可最大限度減少這段區(qū)域內(nèi)的熱損失。連鑄與軋鋼工藝銜接過程研究結(jié)果表明:鑄坯表面溫度一般在1000℃以上,從鑄機(jī)出口到軋機(jī)入口,輸送時(shí)間盡量控制在230 s內(nèi);鑄坯補(bǔ)熱區(qū)域主要集中在鑄坯表層25 mm范圍內(nèi),特別是鑄坯角部區(qū)域,頻率每增加50 Hz,溫度增加約13℃/min,電流每增加400A,溫度增加約50℃/min;鑄坯的初始溫度控制在750℃-800℃時(shí),感應(yīng)加熱時(shí)間短、溫度均勻;在連鑄結(jié)晶器錐度及摩擦力可允許范圍內(nèi),鑄坯角部取較大圓角設(shè)計(jì)可以減少鑄坯表面到角部過渡的過程中溫度梯度,保證感應(yīng)加熱后鑄坯表面,特別是角部過渡區(qū)域溫度分布的均勻性。直軋變形過程研究結(jié)果表明:粗軋五道次軋制變形過程中,直軋鑄坯等效應(yīng)變較大的位置比傳統(tǒng)軋制更靠近鑄坯中心,移動(dòng)量大概10 mm-15 mm,直軋鑄坯可傳遞到鑄坯中心區(qū)域的等效應(yīng)變量比傳統(tǒng)鑄坯大6%-13%。產(chǎn)品性能檢測(cè)結(jié)果表明:實(shí)測(cè)了直軋鑄坯不同開軋溫度下產(chǎn)品力學(xué)性能、金相組織,肯定了直軋工藝對(duì)產(chǎn)品性能的改善效果;直軋鑄坯軋前溫度明顯低于傳統(tǒng)再加熱鑄坯溫度,軋制力提高30MPa-50MPa,采用較低的粗軋溫度可改善產(chǎn)品性能,表明直軋工藝能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求。
【學(xué)位單位】：鋼鐵研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TF777;TG335
【部分圖文】：

其效果在于：取消傳統(tǒng)加熱爐，采用快速連鑄坯直接軋制工藝，在各環(huán)節(jié)上嚴(yán)格控制能量流失，充分利用鑄坯內(nèi)部能量進(jìn)行直接軋制，主要工藝環(huán)節(jié)如圖1-1所示。圖1-1 連鑄直軋工藝流程示意圖CC--DR生產(chǎn)工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)節(jié)約能源。初步估算對(duì)于經(jīng)感應(yīng)加熱補(bǔ)熱的方坯 CC-HDR 工藝，噸鋼即可節(jié)省 40-80 元的燃料消耗成本[4]。(2)提高金屬收得

是憑工人經(jīng)驗(yàn)以及憑借簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，這與實(shí)際的溫度分布存在很大的差距。因此，感應(yīng)加熱的傳熱過程也成為研究者們倍受關(guān)注的焦點(diǎn)。圖1-2 感應(yīng)加熱裝置到九十年代，隨著數(shù)值計(jì)算方法的不斷完善，感應(yīng)補(bǔ)熱技術(shù)得到更進(jìn)一步的研究。Wang KF[ 10 ]等人給出了典型的感應(yīng)補(bǔ)熱有限元數(shù)值模擬計(jì)算的方法。K.Sadeghipour、Reinhold Hagel、U. Ludtke和Gerardo D[11-13]等人采用有限元的數(shù)值方法進(jìn)行求得二維渦流的分布，在耦合電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)的基礎(chǔ)上，考慮了鋼材隨溫度變化的非線性屬性，并成功對(duì)鋼板的整個(gè)補(bǔ)熱過程進(jìn)行數(shù)值模擬，取得很好的效

2s圖1-3 表面溫度與熱流的關(guān)系圖1-3顯示的是鑄坯表面溫度與熱流的關(guān)系[52]，由圖可見，熱流與鑄坯表面溫度非線性關(guān)系。在連鑄過程中，特別是矯直前，鑄坯表面溫度一般高于800℃，熱流幾乎與表面溫度無關(guān)，原因是此時(shí)鑄坯表面形成穩(wěn)定的蒸氣膜，阻止了水滴與表面接觸，使表面熱流趨于穩(wěn)定。因此為了提高傳熱效率，必須改善水滴的霧化效果，增加水滴霧化程度和速度[53]。(2)水流密度水流密度是指在鑄坯表面單位時(shí)間和單位面積上噴射的冷卻水水量。水流密度與傳熱系數(shù)之間關(guān)系十分復(fù)雜，常以經(jīng)驗(yàn)公式表示:h A BW (1-1)式中， A. B為常數(shù)； W 為水流密度； n為指數(shù)；很多研究者對(duì)h與W 的關(guān)系進(jìn)行了測(cè)定
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