棒线材连铸—直接无头轧制技术的研究

论文摘要

棒线材用途广泛,在我国工业化、城市化、现代化建设中发挥着非常重要的作用。传统棒线材生产中存在能耗大、成材率低、轧制不稳定等缺点。个别企业引进国外昂贵、复杂的焊接型无头轧制技术,因常出现焊接质量不高、故障率高等问题而影响正常生产。为解决上述问题,本文提出连铸—直接无头轧制技术（CC.DER）,用于小型棒线材生产,给出了该技术的工艺、关键设备和生产线布置。以某钢厂连铸和轧制过程为研究对象,针对新工艺中的温度和速度衔接问题,采用ANSYS有限元软件对连铸坯温度场和拉坯速度进行了重点研究,并对该技术进行了经济性分析。主要研究工作如下：（1）提出棒线材连铸—直接无头轧制技术（CC.DER）的概念,与传统棒线材生产技术相比,该技术具有大幅节能、提高成材率、提高生产稳定性等优点。（2）建立与结晶器内气隙相关的热流密度模型,采用ANSYS有限元软件对铸坯凝固过程温度场进行分析。数值分析结果与实测结果的偏差在±1.2%以内。（3）研究了连铸主要工艺参数对铸坯温度的影响规律,切割点处铸坯平均温度随结晶器有效长度和二冷区水量的增加而降低,随拉坯速度的增大而迅速升高,拉坯速度对铸坯横截面平均温度的影响最明显。（4）研究了结晶器主要工艺参数对拉坯速度的影响规律。采用水缝厚度为4mmm、水流速度为10m/s的结晶器冷却工艺,最大工作拉速可提高到2.9m/min;结晶器有效长度每增加1OOmm,最大工作拉速可提高0.3m/min;推导了结晶器内气隙厚度模型,为提高数值模拟计算精度奠定了基础；为实施CC.DER技术,对该厂连铸参数提出了改进建议,改进后最大工作拉速可达3.7m/min。（5）理论分析计算表明：一条年产30万吨的CC-DER生产线每年最高可减少标准煤消耗2.25万t、烧损4500t、切损1500t、短尺6000t,降低成本最高可达5000万元,经济效益巨大。其缺点是CC-DER技术刚性较强,由于换辊、事故等原因造成的停机损失较大,事故处理较难。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 棒线材的生产与发展
• 1.2.1 棒线材生产的特点
• 1.2.2 棒线材生产的发展
• 1.2.3 棒线材生产的先进技术
• 1.3 轧钢能耗分析
• 1.4 直接轧制技术概述
• 1.4.1 连铸与轧制的衔接模式
• 1.4.2 直接轧制的优点和关键技术
• 1.4.3 直接轧制技术在国内外的应用
• 1.5 研究内容和目的意义
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 目的意义
• 第2章 棒线材连铸—直接无头轧制工艺分析
• 2.1 实现连铸—直接无头轧制的基本条件
• 2.2 连铸—直接无头轧制工艺方案
• 2.2.1 传统棒线材生产工艺的缺点
• 2.2.2 连铸—直接无头轧制技术的提出
• 2.2.3 连铸—直接无头轧制技术的关键设备
• 2.2.4 CC-DER生产小型棒线材生产线布置
• 2.3 连铸—直接无头轧制技术的优势分析
• 2.4 小结
• 第3章 连铸坯温度场计算
• 3.1 连铸坯温度分布特点
• 3.2 连铸过程温度场的计算方法
• 3.3 连铸坯凝固传热的数学模型
• 3.3.1 基本假设条件
• 3.3.2 凝固传热的基本方程
• 3.3.3 定解条件
• 3.3.4 物性参数的处理
• 3.4 ANSYS有限元分析步骤
• 3.4.1 前处理
• 3.4.2 求解
• 3.4.3 后处理
• 3.5 ANSYS有限元分析结果
• 3.5.1 结晶器区
• 3.5.2 二冷区
• 3.5.3 空冷区
• 3.5.4 关键位置温度变化历程
• 3.6 连铸参数对连铸坯温度的影响
• 3.6.1 结晶器长度的影响
• 3.6.2 二冷区水量的影响
• 3.6.3 拉坯速度的影响
• 3.7 小结
• 第4章 连铸拉坯速度分析
• 4.1 轧件速度制度分析
• 4.1.1 连铸拉坯速度分析
• 4.1.2 轧制速度分析
• 4.2 提高拉坯速度的途径
• 4.2.1 结晶器冷却工艺的影响
• 4.2.2 结晶器有效长度的影响
• 4.2.3 结晶器倒锥度的影响
• 4.3 连铸参数的改进建议
• 4.4 紧凑式大压下轧机
• 4.4.1 大压下轧制的作用
• 4.4.2 大压下轧机的轧辊
• 4.5 小结
• 第5章 CC-DER技术的经济性分析
• 5.1 技术优势概述
• 5.2 产量分析
• 5.2.1 改造前的实际产量
• 5.2.2 改造后的预计产量
• 5.3 能耗分析
• 5.4 成材率分析
• 5.4.1 烧损
• 5.4.2 切损
• 5.4.3 短尺
• 5.4.4 轧废
• 5.5 可靠性分析
• 5.6 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢