雙輥鑄軋薄帶鋼過程數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、近年來，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)將會給鋼鐵界帶來一場變革。在我國，雖然雙輥鑄軋薄帶鋼技術(shù)已經(jīng)研究很多年，但仍與國外技術(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，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)，高精度的鑄軋過程數(shù)學(xué)模型的建立，鑄軋工藝和設(shè)備參數(shù)對鑄帶成形質(zhì)量和鑄軋過程穩(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，還有許多問題尚未得到有效解決。因此，針對上述問題，對雙輥鑄軋技術(shù)特別是鑄輥的結(jié)構(gòu)展開深入細(xì)致的研究，對于該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用具有重要理論意義和實用價值。 本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金重大項目“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”和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973項目)“凝固成形加工過程一體化數(shù)值模擬”，采用實驗研究與理論分析相結(jié)合的方法，對雙輥鑄軋薄帶鋼過程中的關(guān)鍵問

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，建立了能夠描述雙輥鑄軋過程中的湍流流動、傳熱和凝固過程的控制方程。對固相率、凝固潛熱和湍流粘度等關(guān)鍵問題進(jìn)行了處理，給出了描述湍流流動的統(tǒng)一方程，建立了考慮各種復(fù)雜因素在內(nèi)的雙輥鑄軋過程流動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雙輥鑄軋薄帶鋼凝固過程中流場和溫度場進(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)對熔池內(nèi)流場和溫度場的影響規(guī)律，解決了鑄軋過程中工藝參數(shù)和設(shè)備確定中一些關(guān)鍵問題，為水口的結(jié)構(gòu)設(shè)計及鑄軋工藝參數(shù)的確定奠定了一定的理論和實驗基礎(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)行了二次開發(fā)，對鑄輥的溫度場、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)及厚度等對鑄輥溫度場、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驗研究，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)對鑄帶成形及鑄軋過程穩(wěn)定性的影響規(guī)律，積累了大量的鑄軋薄帶鋼實驗數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)薄帶鑄軋的應(yīng)用和鑄軋過程自動控制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 (5)利用實驗結(jié)果、熱平衡計算和模擬相結(jié)合的反向方法