薄板坯连铸液芯压下过程的数值仿真

论文摘要

薄板坯连铸液芯压下技术是一种融凝固与塑性变形,连铸和轧制于一体的新工艺。它具有节能降耗、缩短工艺流程以及提高铸坯质量等显著优越性,能够很好地解决薄板坯连铸与连轧之间厚度匹配问题,已成为当今连铸领域的研究热点,也是今后连铸技术发展的主要方向之一。对于薄板坯连铸液芯压下本文从以下方面进行了研究。首先介绍了薄板坯连铸过程的凝固传热理论,并分析了铸坯凝固过程的受力情况,着重对薄板坯连铸液芯压下的基本原理、主要参数和控制模式进行了阐述。根据唐钢连铸生产线的实际情况,介绍了液芯压下段的工艺参数;在合理的简化或假设的前提下,建立了薄板坯连铸液芯压下过程的三维有限元模型,并确定了热、位移边界条件;基于热力耦合有限元理论,利用有限元分析软件MSC.Marc对薄板坯连铸液芯压下过程进行了数值仿真研究。通过仿真研究,得到了铸坯的温度场和凝固状况,明确了液芯压下过程中连铸坯的变形特点,并获得了铸坯的应力应变分布规律,仿真结果基本符合生产实际。研究了薄板坯连铸液芯压下的两个主要工艺参数——二次冷却制度和压下量对铸坯温度场、应力应变分布的影响规律,由此得到液芯压下工艺制定时应考虑的基本原则。研究表明,压下区域坯壳处于内拉外压的受力状态,很容易产生内裂纹,为防止内裂纹的产生应控制铸坯凝固前沿的应变不能超过临界应变。研究结果表明,对液芯压下工艺参数的合理选择是控制铸坯应力和变形的重要手段,对防止铸坯内裂纹的形成和液芯压下的顺利实施有重要意义。本文的仿真研究结果为实际生产提供了一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 薄板坯连铸连轧技术
• 1.1.1 薄板坯连铸连轧技术的出现与发展现状
• 1.1.2 几种典型的薄板坯连铸连轧工艺
• 1.1.3 中国自行开发的薄板坯连铸连轧技术
• 1.1.4 薄板坯连铸连轧技术的发展趋势
• 1.2 薄板坯连铸液芯压下技术
• 1.2.1 液芯压下技术的优越性
• 1.2.2 液芯压下技术的发展现状和应用前景
• 1.3 本文研究的内容及意义
• 第2章 连铸坯的热力分析和液芯压下原理
• 2.1 连铸坯凝固传热分析
• 2.1.1 结晶器内的凝固传热
• 2.1.2 二冷区的凝固传热
• 2.2 连铸坯凝固过程中的受力分析
• 2.2.1 热应力
• 2.2.2 钢水静压力
• 2.2.3 挤压力和拉坯阻力
• 2.2.4 矫直力
• 2.3 薄板坯连铸液芯压下基本原理
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 液芯压下原理
• 2.3.3 液芯压下的主要参数
• 2.3.4 液芯压下的控制模式
• 2.4 本章小结
• 第3章 连铸过程的有限元分析
• 3.1 连铸坯凝固传热的有限元法
• 3.1.1 凝固传热的控制方程
• 3.1.2 凝固传热方程的有限元解法
• 3.2 材料非线性问题
• 3.2.1 塑性形变理论基础
• 3.2.2 屈服条件
• 3.2.3 强化定律
• 3.2.4 增量理论
• 3.3 弹塑性材料本构关系和有限元求解方法
• 3.3.1 弹塑性本构方程
• 3.3.2 弹塑性问题的有限元求解方法
• 3.4 热力耦合分析的有限元法
• 3.4.1 热力耦合有限元方程的建立
• 3.4.2 热力耦合有限元方程的求解
• 3.5 本章小结
• 第4章 薄板坯连铸液芯压下模型的建立
• 4.1 薄板坯连铸过程的描述
• 4.2 唐钢薄板坯连铸的工艺参数
• 2 结晶器的主要参数'>4.2.1 H²结晶器的主要参数
• 4.2.2 液芯压下段工艺参数
• 4.3 薄板坯液芯压下模型的建立
• 4.3.1 模型的简化和假设条件
• 4.3.2 初始条件和边界条件
• 4.4 铸坯物性参数的确定
• 4.5 本章小结
• 第5章 薄板坯连铸液芯压下模拟结果分析
• 5.1 铸坯的温度场和凝固状况
• 5.2 液芯压下过程铸坯的变形特点及应变分析
• 5.2.1 液芯压下过程铸坯的变形特点
• 5.2.2 液芯压下过程铸坯应变分析
• 5.3 液芯压下过程铸坯的应力分析
• 5.4 工艺参数对液芯压下的影响
• 5.5 液芯压下过程中铸坯坯壳裂纹的预测
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介