论文题目: EMBr对CSP结晶器内冶金过程和铸坯质量的影响
论文类型: 博士论文
论文专业: 钢铁冶金
作者: 刘光穆
导师: 邓康,任忠鸣
关键词: 连铸,电磁制动,水力学模拟,数值模拟,铸坯质量
文献来源: 上海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本研究以目前世界上最先进的第二代CSP连铸技术为研究对象,通过水力学模拟来分析无电磁制动时结晶器内钢水流动的流场,通过数值模拟和现场试验来研究电磁制动对结晶器内冶金过程及铸坯质量的影响,优化电磁制动工艺参数,达到提高铸坯质量的目的,为进一步提高CSP铸坯质量提供理论基础。 水力学模拟表明:结晶器内钢水的冲击深度可达800-1000mm,形成大范围的回流和涡流,使进入结晶器的夹杂物颗粒难以上浮。即使采用相同规格的水口,不同断面钢液的流态也有很大区别。为减少结晶器内钢液的不稳定和旋涡、回流等卷渣行为,改善其冶金过程,除优化浸入式水口结构外,还必须采用电磁制动等手段来达到进一步改善铸坯质量的目的。 围绕电磁制动数值模拟,本文首先利用动量原理,将钢水在结晶器壁面或铸坯凝固初凝壳前沿的动量转换为对固体界面的冲量,进而推出钢水对结晶器内壁或铸坯初凝壳冲击作用的半定量分析方法和模型:F_x/S=ρV_x~2-σV_xB_y~2·△r。其次,通过有、无电磁制动条件下,结晶器中钢水流场之间的速度差和湍动能差给出电磁制动使钢水减速和湍动能降低的幅度和区域,以此来评判电磁制动的效果。再者,对于钢水对结晶器内壁和铸坯初凝壳的冲刷作用,本文直接采用牛顿流体的内摩擦剪力模型τ=μ△V_z/△x,作为半定量方法来分析固体壁面所承受钢水冲刷的位置和相对强度。 针对钢水液面波动导致钢水表面卷渣问题,本文研究证明,液面的水平流速过大并偏流,导致在水口两侧产生的绕流涡流是卷渣的直接原因,而电磁制动可有效防止这种随机的表面涡流。 本文对4.5m/min拉速、1500mm×70mm断面的CSP连铸数值模拟表明,电磁制动使钢水注流的冲击深度减小45%,并在液面以下500-700mm发展为稳定的一维层流,有利于提高铸坯拉速、防止拉漏和纵裂;钢水液面的水平流速明显降低且无偏流,使水口两侧无涡流卷渣;钢水在结晶器窄边的回流流量比无电磁制动时增加4.4%,有利于夹杂物上浮和表面化渣;使钢水注流对结晶器窄边(最大)冲击位置上升40%,上升
论文目录:
摘要
Abstract
前言
第一章 文献综述
1．1 薄板坯连铸连轧工艺的发展概况
1．2 薄板坯连铸工艺和技术的特点
1．2．1 薄板坯连铸的几项重要技术
1．2．1．1 CSP连铸机
1．2．1．2 结晶器
1．2．1．3 薄壁扁形浸入式水口
1．2．1．4 电磁制动技术
1．2．2 薄板坯连铸工艺的特点
1．3 薄板坯质量
1．3．1 纵裂
1．3．2 横裂
1．3．3 表面皮下氧化物
1．3．4 振痕
1．4 浸入式水口对结晶器流场及其铸坯质量的影响
1．5 电磁制动对结晶器流场及其对铸坯质量的影响
1．6 电磁制动对于结晶器中铸坯初生坯壳的影响
1．7 电磁制动对于钢水中夹杂物去除的影响
1．8 磁场在金属凝固方面的研究及应用
1．9 本文研究要点
第二章 CSP连铸结晶器水力学模型实验
2．1 CSP连铸结晶器的水力学模型实验装置
2．1．1 模型实验装置及尺寸
2．1．2 相似准数
2．1．3 水口形状
2．2 实验方法及条件
2．2．1 模型液流量的测定
2．2．2 流态拍摄与流速测定
2．3 实验结果
2．4 结果分析
2．5 小结
第三章 EMBr对CSP结晶器内钢水流场的影响
3．1 钢水流动及电磁制动的数学与计算模型
3．2 CSP连铸中钢水流动和电磁制动的数值模拟
3．3 数值模拟的结果与讨论
3．3．1 无电磁制动时钢水的流动
3．3．2 有电磁制动时钢水的流动
3．3．3 有无电磁制动时钢水流态的比较
3．4 结晶器内钢水液面波高的现场测试及分析
3．4．1 试验条件
3．4．2 实验方法
3．4．3 试验结果分析
3．5 小结
第四章 EMBr对CSP结晶器内夹杂物运动的影响
4．1 结晶器内夹杂物粒子运动的数学模型
4．2 结晶器内钢水内部非金属夹杂物粒子的运动
4．3 夹杂物粒子运动轨迹的统计结果
4．4 现场试验
4．4．1 试验条件
4．4．2 试验结果
4．4．2．1 显微夹杂
4．4．2．2 大型夹杂
4．5 数学模拟与现场试验结果的对比分析
4．6 小结
第五章 EMBr对坯壳冲击和弯月面温度的影响
5．1 EMBr对凝固初始坯壳冲击的影响
5．1．1 钢水注流对铸坯凝固初始坯壳冲击的强度模型
5．1．2 结晶器内壁或凝固初始凝壳受钢水注流冲击的比较
5．1．3 结晶器内壁或凝固初始凝壳受钢水流动冲刷的比较
5．2 EMBr对弯月面温度的影响
5．3 EMBr对结晶器内钢液热流密度的影响
5．4 对比分析
5．5 小结
第六章 高拉速下EMBr工艺探索
6．1 高拉速下电磁制动对结晶器内钢水流场的影响
6．2 高拉速下电磁制动对钢水流速的影响
6．3 钢水对结晶器窄面的冲击
6．4 小结
第七章 EMBr工艺参数及EMBr对铸坯质量的影响
7．1 EMBr工艺参数
7．2 EMBr对铸坯质量的影响
7．3 小结
结论
创新点
附录一 文中符号说明
附录二 波谷、波峰情况对比基础数据
附录三 结晶器弯月面温度对比基础数据
参考文献
在学研究成果
致谢
发布时间: 2005-09-16
参考文献
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- [2].CSP结晶器钢液流动及传热行为对薄板坯表面纵裂的影响[D]. 张晓峰.北京科技大学2015
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