溝槽結晶器傳熱效果及其對金屬凝固行為影響的研究
發(fā)布時間：2021-07-23 09:02
連鑄結晶器內的凝固與傳熱對工藝操作和鑄坯質量具有至關重要的作用,結晶器壁的界面?zhèn)鳠崾怯绊戜撘耗膛c傳熱的關鍵環(huán)節(jié),對初生凝固坯殼的均勻性、鑄坯表面質量等具有重要影響。本論文通過在結晶器壁設置溝槽的方法,研究溝槽對結晶器傳熱效果的影響規(guī)律,以探討改善結晶器傳熱和初生凝固坯殼傳熱狀況的新途徑,具有重要的理論意義和實用價值。本論文采用自主設計的溝槽結晶器實驗裝置,即以具有不同尺寸的縱向細溝槽的銅板組裝成方坯結晶器,并以Sn-Pb-Bi低熔點合金進行澆鑄實驗,通過對凝固實驗過程中結晶器壁溫度的監(jiān)測、初生凝固坯殼的分析和數(shù)值模擬計算,系統(tǒng)地研究了不同溝槽尺寸對合金凝固傳熱和坯殼均勻度的影響規(guī)律,并分析了其作用機理,為溝槽結晶器技術的開發(fā)和應用提供了理論基礎和技術基礎。本論文首先進行了溝槽寬度均為6mm,溝槽深度分別為2mm、4mrm、6mm和無溝槽的組合結晶器的Sn-Pb-Bi合金澆鑄實驗。實驗結果表明:當結晶器無溝槽時,結晶器壁的溫度梯度最大,平均熱流量最大值達459.6kW/m2;初生凝固坯殼在橫向和縱向上都表現(xiàn)為凹凸不平,均勻度較低,平均不均勻度為0.18055。而結晶器設置溝槽之后,結晶...
【文章來源】：東北大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：96 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．２連鑄機示意圖??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｅ??
注入結晶器的高溫鋼水與水冷銅壁接觸會迅速凝固形成很薄的初生坯殼。在鋼水靜??壓力的作用下，生成的薄坯殼與銅壁緊緊貼在一起，鋼水的熱量迅速傳給銅壁，最后被??冷卻水帶走，冷卻水帶走的熱量約占結晶器總散熱量的９６％左右。圖１．４所示為板坯連??鑄機結晶器內部區(qū)域示意圖。隨著凝固的繼續(xù)進行，坯殼逐漸增厚，體積收縮離開銅壁，??在鋼水靜壓力的作用下又把坯殼擠靠到銅壁上，收縮擠靠過程如此反復進行，直至坯殼??出結晶器。由于坯殼的不均勻性總是存在的，大部分表面缺陷就是起源于反復收縮擠靠??的過程。??鋼液在結品器內的凝固傳熱討以分為拉壞方向的傳熱和垂直ｒ－拉坯方向的傳熱兩??個部分。相對而言，拉坯方向上的傳熱所占比例非常小，可忽略不計。在結晶器內，鋼??液和坯殼的絕大部分熱量是通過垂直于拉坯方向傳遞的。在結晶器的角部，由于其傳熱??方式為二維傳熱，傳熱速率較快，最早收縮形成氣隙，之后角部傳熱始終小于其他部位，??致使角部區(qū)域的坯殼最薄（如圖１．５所示），容易產生角部裂紋和發(fā)生角部漏鋼。為了均??勻傳熱
１?一角部橫裂紋；２—角部縱裂紋；３—表面橫向裂紋；４一寬面縱向裂紋；??５—星狀裂紋；６—振痕；７—氣孔；８＿大型夾渣物??圖１．６連鑄坯表面缺陷示意圖１２６１??Ｆｉｇ．?１．６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｄｅｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｓｌａｂ??１．３．１連鑄坯表面振痕??結晶器振動在連鑄上的實施是為了避免坯殼粘結在結晶器壁上不能滑脫，但是振動??不可避免的形成了沿板坯寬度上有規(guī)律的壓痕，即振痕。??由于振痕與偏析、橫向裂紋聯(lián)系緊密，故被認為是常見的鑄坯缺陷。振痕處幾何形??狀和顯微組織的不連續(xù)，使之成為連鑄過程裂紋產生的密集區(qū)，也是軋制過程中的裂紋??誘發(fā)區(qū)，此外，振痕處往往還伴隨著嚴重的宏觀偏析。在某種程度上，鑄坯表面振痕的??存在決定了鑄坯的表面質量，消除和減輕振痕是影響金屬收得率和成本的重要因素，也??是鑄坯熱裝和直接軋制的前提條件。??鉤狀振痕?凹陷狀振痕??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]中國連鑄保護渣技術現(xiàn)狀及發(fā)展需求[J]. 王謙,何生平,李玉剛,朱禮龍,吳婷,陳卓. 連鑄. 2014(05)
[2]板坯連鑄熱頂結晶器研究[J]. 張進,郭亮亮,張立. 寶鋼技術. 2014(04)
[3]方坯軟接觸結晶器內鋼液焦耳熱場研究[J]. 王杏娟,劉然,朱立光,賈相明. 鑄造技術. 2013(07)
[4]連鑄坯表面縱裂紋產生原因[J]. 彭其春,童志博,楊秀枝. 物理測試. 2013(02)
[5]Structure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy billets by different hot-top semi-continuous casting technology[J]. ZHANG Zhiqiang,LE Qichi,and CUI Jianzhong The Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials(Ministry of Education of China),Northeastern University,Shenyang 110004,China. Rare Metals. 2011(04)
[6]熱頂結構及鑄造工藝對7075鋁合金鑄錠表面質量的影響[J]. 王高松,趙志浩,崔建忠,董帥. 輕合金加工技術. 2011(06)
[7]中間切縫圓坯連鑄結晶器內彎月面行為的試驗研究[J]. 許秀杰,鄧安元,王恩剛,赫冀成. 連鑄. 2010(03)
[8]連鑄結晶器內凝固過程的熱-流-力數(shù)值模擬[J]. 薛建國,王長松,張玉寶,金學偉. 武漢理工大學學報. 2010(01)
[9]5052鋁合金大規(guī)格扁錠熱頂鑄造實踐[J]. 謝紹俊. 鋁加工. 2009(06)
[10]高頻電磁場對15CrMo連鑄坯表面質量和等軸晶率的影響機理[J]. 許秀杰,鄧安元,王恩剛,張林濤,張永杰,赫冀成. 金屬學報. 2009(11)
博士論文
[1]板坯連鑄結晶器內凝固坯殼的熱/力學行為研究[D]. 蔡兆鎮(zhèn).東北大學 2011
[2]高頻電磁場改善連鑄坯質量機理及其工業(yè)化應用研究[D]. 許秀杰.東北大學 2011
[3]圓坯連鑄結晶器內熱—力學行為的分析[D]. 尹合壁.大連理工大學 2006
[4]連鑄坯表面振痕形成機理及其電磁控制技術[D]. 雷作勝.上海大學 2004
碩士論文
[1]連鑄結晶器內鋼液流動、傳熱及凝固數(shù)值模擬[D]. 王杰.武漢科技大學 2015
[2]溝槽內壁結晶器初生坯殼的數(shù)學模型[D]. 張振山.遼寧科技大學 2008
[3]溝槽結晶器內初生坯殼熱力耦合模擬研究[D]. 張立夫.遼寧科技大學 2006
[4]熱頂—電磁成型系統(tǒng)模擬與實驗研究[D]. 曲若家.大連理工大學 2004
本文編號：3298996
【文章來源】：東北大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：96 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．２連鑄機示意圖??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｅ??
注入結晶器的高溫鋼水與水冷銅壁接觸會迅速凝固形成很薄的初生坯殼。在鋼水靜??壓力的作用下，生成的薄坯殼與銅壁緊緊貼在一起，鋼水的熱量迅速傳給銅壁，最后被??冷卻水帶走，冷卻水帶走的熱量約占結晶器總散熱量的９６％左右。圖１．４所示為板坯連??鑄機結晶器內部區(qū)域示意圖。隨著凝固的繼續(xù)進行，坯殼逐漸增厚，體積收縮離開銅壁，??在鋼水靜壓力的作用下又把坯殼擠靠到銅壁上，收縮擠靠過程如此反復進行，直至坯殼??出結晶器。由于坯殼的不均勻性總是存在的，大部分表面缺陷就是起源于反復收縮擠靠??的過程。??鋼液在結品器內的凝固傳熱討以分為拉壞方向的傳熱和垂直ｒ－拉坯方向的傳熱兩??個部分。相對而言，拉坯方向上的傳熱所占比例非常小，可忽略不計。在結晶器內，鋼??液和坯殼的絕大部分熱量是通過垂直于拉坯方向傳遞的。在結晶器的角部，由于其傳熱??方式為二維傳熱，傳熱速率較快，最早收縮形成氣隙，之后角部傳熱始終小于其他部位，??致使角部區(qū)域的坯殼最薄（如圖１．５所示），容易產生角部裂紋和發(fā)生角部漏鋼。為了均??勻傳熱
１?一角部橫裂紋；２—角部縱裂紋；３—表面橫向裂紋；４一寬面縱向裂紋；??５—星狀裂紋；６—振痕；７—氣孔；８＿大型夾渣物??圖１．６連鑄坯表面缺陷示意圖１２６１??Ｆｉｇ．?１．６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｄｅｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｓｌａｂ??１．３．１連鑄坯表面振痕??結晶器振動在連鑄上的實施是為了避免坯殼粘結在結晶器壁上不能滑脫，但是振動??不可避免的形成了沿板坯寬度上有規(guī)律的壓痕，即振痕。??由于振痕與偏析、橫向裂紋聯(lián)系緊密，故被認為是常見的鑄坯缺陷。振痕處幾何形??狀和顯微組織的不連續(xù)，使之成為連鑄過程裂紋產生的密集區(qū)，也是軋制過程中的裂紋??誘發(fā)區(qū)，此外，振痕處往往還伴隨著嚴重的宏觀偏析。在某種程度上，鑄坯表面振痕的??存在決定了鑄坯的表面質量，消除和減輕振痕是影響金屬收得率和成本的重要因素，也??是鑄坯熱裝和直接軋制的前提條件。??鉤狀振痕?凹陷狀振痕??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]中國連鑄保護渣技術現(xiàn)狀及發(fā)展需求[J]. 王謙,何生平,李玉剛,朱禮龍,吳婷,陳卓. 連鑄. 2014(05)
[2]板坯連鑄熱頂結晶器研究[J]. 張進,郭亮亮,張立. 寶鋼技術. 2014(04)
[3]方坯軟接觸結晶器內鋼液焦耳熱場研究[J]. 王杏娟,劉然,朱立光,賈相明. 鑄造技術. 2013(07)
[4]連鑄坯表面縱裂紋產生原因[J]. 彭其春,童志博,楊秀枝. 物理測試. 2013(02)
[5]Structure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy billets by different hot-top semi-continuous casting technology[J]. ZHANG Zhiqiang,LE Qichi,and CUI Jianzhong The Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials(Ministry of Education of China),Northeastern University,Shenyang 110004,China. Rare Metals. 2011(04)
[6]熱頂結構及鑄造工藝對7075鋁合金鑄錠表面質量的影響[J]. 王高松,趙志浩,崔建忠,董帥. 輕合金加工技術. 2011(06)
[7]中間切縫圓坯連鑄結晶器內彎月面行為的試驗研究[J]. 許秀杰,鄧安元,王恩剛,赫冀成. 連鑄. 2010(03)
[8]連鑄結晶器內凝固過程的熱-流-力數(shù)值模擬[J]. 薛建國,王長松,張玉寶,金學偉. 武漢理工大學學報. 2010(01)
[9]5052鋁合金大規(guī)格扁錠熱頂鑄造實踐[J]. 謝紹俊. 鋁加工. 2009(06)
[10]高頻電磁場對15CrMo連鑄坯表面質量和等軸晶率的影響機理[J]. 許秀杰,鄧安元,王恩剛,張林濤,張永杰,赫冀成. 金屬學報. 2009(11)
博士論文
[1]板坯連鑄結晶器內凝固坯殼的熱/力學行為研究[D]. 蔡兆鎮(zhèn).東北大學 2011
[2]高頻電磁場改善連鑄坯質量機理及其工業(yè)化應用研究[D]. 許秀杰.東北大學 2011
[3]圓坯連鑄結晶器內熱—力學行為的分析[D]. 尹合壁.大連理工大學 2006
[4]連鑄坯表面振痕形成機理及其電磁控制技術[D]. 雷作勝.上海大學 2004
碩士論文
[1]連鑄結晶器內鋼液流動、傳熱及凝固數(shù)值模擬[D]. 王杰.武漢科技大學 2015
[2]溝槽內壁結晶器初生坯殼的數(shù)學模型[D]. 張振山.遼寧科技大學 2008
[3]溝槽結晶器內初生坯殼熱力耦合模擬研究[D]. 張立夫.遼寧科技大學 2006
[4]熱頂—電磁成型系統(tǒng)模擬與實驗研究[D]. 曲若家.大連理工大學 2004
本文編號：3298996
本文鏈接：http://sikaile.net/projectlw/yjlw/3298996.html
