连铸工艺参数对冷镦钢方坯表面凹陷和振痕的影响研究

论文摘要

冷镦钢是一种生产互换性较高标准件的钢种,对连铸坯质量要求很高,铸坯表面缺陷和内部缺陷都容易引起后序加工时开裂或无法成型。本文针对武钢一炼钢厂生产的SWRM8方坯存在表面振痕和凹陷缺陷的问题,通过建立连铸方坯传热数学模型和保护渣道动态压力模型,分析了凹陷和振痕的形成过程及各工艺参数对凹陷和振痕形成的影响,提出了改善缺陷的措施。模拟计算分析表明:（1）在方坯连铸过程中,铸坯表面温度分布从边角部到中心先是急剧增加,然后趋于稳定。距铸坯边部20～40mm的地方出现表面温度的最高点,此区域坯壳凝固生长减慢,坯壳变薄,是整个横断面的薄弱区域。坯壳收缩不均导致的拉伸力和钢水静压力的共同作用,在该区域产生应力集中,凹陷开始形成。在二冷及空冷区,铸坯温度呈“波浪型”变化,温度的剧烈变化导致强的热应力,与钢水静压力、摩擦力和其它应力共同作用,使形成的凹陷发展扩大并可能导致裂纹等其他缺陷。（2）结晶器振动过程中,保护渣道压力呈周期性变化,进入负滑脱期时,渣道入口处开始受正压力作用,当产生的正压力大于钢水静压力时,初始凝固坯壳开始被推离结晶器壁,正压越大,负滑脱时间越长,初始凝固坯壳被压的越弯,振痕就越深。根据模拟分析结果,提出解决SWRM8方坯凹陷与振痕缺陷的措施如下:控制碳含量在0.08%以下,过热度稳定在30℃左右,拉速稳定在1.6m/min,采用中等冷却强度冷却,增大振动频率,减小振幅,建议使用h=3Vc,f=-10Vc+190高频小振幅的振动模式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 冷镦钢概述
• 1.1.1 冷镦钢的概念
• 1.1.2 国内外冷镦钢发展概况
• 1.1.3 影响冷镦钢产品质量的主要因素
• 1.2 铸坯凹陷的成因及控制
• 1.2.1 铸坯表面凹陷的形成原因
• 1.2.2 凹陷形成的影响因素
• 1.2.3 防止凹陷的控制措施
• 1.3 铸坯振痕的形成机理、影响因素及控制技术
• 1.3.1 连铸坯振痕的形成机理
• 1.3.2 振痕对铸坯质量的影响
• 1.3.3 振痕形成的影响因素
• 1.3.4 现有的振痕控制技术
• 1.4 课题背景及研究内容
• 1.4.1 课题背景
• 1.4.2 某钢厂生产工艺条件
• 1.4.3 表面缺陷产生原因分析
• 1.4.4 研究内容
• 第二章 SWRM8 方坯凹陷的形成及影响因素分析
• 2.1 方坯连铸传热数学模型的建立
• 2.1.1 方坯连铸凝固传热微分方程的建立
• 2.1.2 传热微分方程的离散化
• 2.1.3 差分方程的稳定性
• 2.1.4 传热微分方程的初始条件和边界条件
• 2.1.5 模型中参数的选取与处理
• 2.1.6 传热模型的建立
• 2.2 模拟计算结果及分析
• 2.2.1 结晶器中铸坯表面温度分布
• 2.2.2 铸坯在冷却过程中的受力及凹陷的形成
• 2.3 凹陷形成的影响因素分析
• 2.3.1 钢水成分的影响
• 2.3.2 过热度与拉速的影响
• 2.3.3 二冷工艺的影响
• 2.3.4 保护渣性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 振痕形成机理及影响因素研究
• 3.1 FLUENT 软件介绍
• 3.2 保护渣流动模型的建立
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 边界条件的确定
• 3.3 模拟结果及分析
• 3.3.1 液渣流场分布
• 3.3.2 保护渣道及弯月面受力分析
• 3.3.3 各因素对渣道压力的影响
• 3.4 结晶器振动参数的优化研究
• 3.4.1 现行振动参数特点
• 3.4.2 振动参数的选取
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢