H型钢异型连铸坯凝固过程及保护渣性能研究

论文摘要

通过建立H型钢连铸结晶器内钢水凝固传热模型,采用ANSYS软件模拟H型钢异型坯的凝固传热过程,分析研究异型坯连铸过程中的钢水在结晶器内的传热、凝固行为,探明结晶器内铸坯温度分布、坯壳生长历程规律及影响因素,并根据不同钢种的凝固特性和在结晶器内的冶金行为对保护渣性能进行理论分析,提出符合凝固及生产过程要求的诸如熔化温度、粘度等性能,然后从理化特性着手,采取实验研究与理论分析相结合的方法对异型坯连铸系列保护渣进行成分优化设计。首先对津西H型钢连铸现行保护渣性能进行了研究,通过对其化学成分、熔化温度、熔化速度、和粘度进行的实验研究和理论分析,发现其熔化温度为1167℃、熔化速度为57s、粘度为0.77Pa?s,不能很好的满足异型坯连铸需要。以ANSYS为平台建立了铸坯传热数学模型,对铸坯凝固过程进行仿真模拟并成功地描述了凝固坯壳的温度分布及坯壳生长历程,研究了各工艺参数对结晶器传热的影响,为制定合理的工艺参数、优化保护渣性能、提高铸坯质量、减少铸坯裂纹提供了理论依据。设计正交实验方案,对H型钢连铸保护渣进行实验研究,应用试样变形法测量保护渣熔化温度,保护渣粘度经验公式法确定保护渣的粘度,优化配碳方法确定保护渣的熔化速度,最后再分析各化学成分对保护渣的理化性能的影响。根据Q235B钢的凝固特征并结合异型坯连铸多断面的特点,确定了在拉速为1.2m/min、宽面结晶器水量为176t/h条件下,适合于该钢种的连铸保护渣的熔化温度应稍低于1096℃、熔化速度为30~40s、粘度为0.17~0.4Pa?s,最后结合保护渣实验结果,确定了R(碱度)为1.0、熔化温度为1092℃、熔化速度为32.5s、粘度为0.27Pa?s的14号保护渣为最优的配方,经初步应用证明,满足浇注H型钢Q235B钢种的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 H 型钢的发展概况
• 1.1.1 H 型钢发展简史
• 1.1.2 H 型钢的种类和特点
• 1.1.3 H 型钢的生产工艺
• 1.2 异型坯连铸技术的发展概况
• 1.2.1 异型坯连铸技术的发展简史
• 1.2.2 异型坯连铸技术的特点
• 1.2.3 异型坯连铸的关键技术
• 1.2.4 异型坯连铸技术的重要意义
• 1.3 异型坯连铸用保护渣
• 1.3.1 国内外连铸保护渣发展状况
• 1.3.2 异型坯连铸保护渣应满足的基本功能和要求
• 1.3.3 异型坯连铸保护渣的理化特性
• 1.4 问题的提出与研究内容及目的
• 1.4.1 课题内容
• 1.4.2 课题目的
• 2 津西H 型钢连铸现行保护渣性能研究
• 2.1 津西H 型钢连铸现行保护渣概述
• 2.2 保护渣熔化特性研究
• 2.2.1 研究方法及实验装置
• 2.2.2 实验结果及讨论
• 2.3 粘度特性研究
• 2.4 本章小结
• 3 H 型钢连铸坯的凝固过程研究
• 3.1 研究目的
• 3.2 结晶器内钢液的凝固传热
• 3.2.1 传热机理
• 3.2.2 结晶器热量导出的表示方法
• 3.3 凝固传热数学模型
• 3.3.1 模型的基本假设
• 3.3.2 基本方程
• 3.3.3 初始条件与边界条件
• 3.3.4 物性参数
• 3.4 传热模型的求解
• 3.4.1 求解软件
• 3.4.2 津西H 型钢连铸工艺参数
• 3.4.3 模型的求解
• 3.4.4 计算结果及分析
• 3.5 模型的验证
• 3.6 本章小结
• 4 H 型钢连铸保护渣实验研究
• 4.1 实验原理
• 4.1.1 半球法—试样变形法
• 4.1.2 正交试验设计法
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 原料的选用
• 4.2.2 正交表的选用
• 4.2.3 试样的制备
• 4.2.4 熔化温度的测定
• 4.2.5 熔化速度的测定
• 4.2.6 粘度的计算
• 4.3 实验结果的讨论与分析
• 4.3.1 熔化温度的讨论及分析
• 4.3.2 熔化速度的讨论及分析
• 4.3.3 粘度的讨论及分析
• 4.4 本章小结
• 5 H 型钢连铸保护渣性能优化
• 5.1 保护渣优化原则
• 5.2 不同钢种凝固特性及对保护渣性能要求分析
• 5.3 Q235B 钢保护渣性能的优化
• 5.3.1 熔化温度的优化
• 5.3.2 熔化速度的优化
• 5.3.3 粘度的优化
• 5.4 适用于H 型钢Q235B 钢种保护渣成分的确定
• 5.5 现场应用
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集