0Cr13不锈钢板坯连铸温度场及应力场的数值模拟

论文摘要

0Cr13钢属于不锈钢,在连铸过程中容易出现裂纹缺陷,铸坯的热应力是造成裂纹缺陷的主要因素之一。本课题便以此为契机,应用有限元商业软件结合太钢0Cr13钢厚板坯连铸机的具体设备参数和工艺参数,模拟计算0Cr13钢厚板坯连铸过程中的温度场和应力场,为0Cr13钢厚板坯冷却制度的建立提供了具体的技术指导。本文对连铸坯缺陷、二次冷却系统、连铸坯的热应力分析以及应力问题的研究概况作了综述;在准确计算连铸坯温度场分布情况的基础上,充分考虑铸坯受力状况及材料热物性参数与温度相关的情况,建立了连铸坯热应力问题的数学模型。通过对生产现场的考察,研究了1020×200mm板坯生产拉速时的连铸坯温度场和应力场。模拟结果表明,在凝固初期,由于出结晶器时连铸坯表面温度回升很大,热应力很大,是铸坯裂纹形成的主导因素。此时在出结晶器处铸坯外表面受拉应力,内部受压应力作用。拉速、过热度增大,坯壳热应力有减小的趋势。应用凝固传热和应力应变分析模型,可以定量地描述连铸坯裂纹缺陷的形成机理,估测出铸坯裂纹形成的危险区域。在生产中应使用合理的连铸制度,适当调整生产配水参数,减小铸坯内外的温度梯度以降低热应力对铸坯质量的影响,达到避免裂纹缺陷的目的。模拟结果对生产中确定合理的连铸制度有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 不锈钢发展概况
• 1.2.1 不锈钢的分类
• 1.2.2 不锈钢的早期发展
• 1.2.3 不锈钢之进展
• 1.2.4 不锈钢未来发展趋势
• 1.3 不锈钢连铸坯质量
• 1.3.1 裂纹
• 1.3.2 中心偏析与中心疏松
• 1.4 连续铸钢的凝固过程
• 1.4.1 凝固概述
• 1.4.2 凝固过程的传热
• 1.5 连铸二次冷却
• 1.6 国内外铸坯传热模型的研究情况
• 1.7 铸坯的热应力及其分析模型的研究
• 1.7.1 国外连铸坯应力分析问题的研究情况
• 1.7.2 我国连铸坯应力的研究状况
• 1.8 选题依据及研究内容
• 2 连铸过程中凝固传热模型
• 2.1 不锈钢连铸机的基本情况
• 2.1.1 连铸机工艺参数
• 2.1.2 连铸机二冷区的冷却条件
• 2.2 传热模型建立的基本假设
• 2.3 传热模型的建立
• 2.4 初始条件
• 2.5 边界条件
• 2.6 计算参数的选取
• 2.6.1 计算用钢的化学成分
• 2.6.2 液相线和固相线的确定
• 2.6.3 凝固潜热的处理
• 2.6.4 铸坯液相及两相区换热的导热等效
• 2.6.5 其他物性参数的确定
• 2.6.6 冷却介质的物性参数的选择
• 2.7 典型拉速铸坯的温度分布
• 2.8 凝固传热模拟计算小结
• 3 铸坯凝固收缩和铸坯坯壳变形分析
• 3.1 铸坯凝固收缩和变形的理论基础
• 3.1.1 钢的高温力学行为
• 3.1.2 铸坯凝固过程的收缩
• 3.2 铸坯坯壳凝固收缩的热应力应变分析
• 3.2.1 热应力
• 3.2.2 热应变
• 3.3 铸坯裂纹预报
• 4 铸坯坯壳连铸过程中应力应变模型
• 4.1 铸坯凝固收缩和应力应变的有限元描述
• 4.2 模型建立的几点假设
• 4.3 物性参数的选择
• 4.3.1 杨氏模量的确定
• 4.3.2 泊松比的确定
• 4.3.3 屈服应力的确定
• 4.3.4 线膨胀系数的确定
• 4.4 边界条件的施加
• 4.4.1 对称面边界条件的施加
• 4.4.2 铸坯凝固温度的施加
• 4.5 典型拉速下温度场模拟结果
• 4.5.1 典型拉速下铸坯的凝固收缩
• 4.5.2 铸坯角部的转动
• 4.5.3 典型拉速下铸坯的等效应力
• 4.6 拉速对铸坯坯壳凝固收缩及等效应力的影响
• 4.6.1 拉速对铸坯坯壳凝固收缩的影响
• 4.6.2 拉速对铸坯坯壳等效应力的影响
• 4.7 过热度对铸坯坯壳凝固收缩及等效应力的影响
• 4.7.1 过热对铸坯坯壳凝固收缩的影响
• 4.7.2 过热度对铸坯坯壳等效应力的影响
• 4.8 水量对铸坯坯壳凝固收缩及等效应力的影响
• 4.8.1 水量对铸坯坯壳凝固收缩的影响
• 4.8.2 水量对铸坯坯壳等效应力的影响
• 4.9 应力模拟计算小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 拉速0.8m/min、过热40℃、比水量0.58L/Kg铸坯角部连铸过程中出各冷却段等效应力云图
• 附录B 过热40℃、比水量0.58L/Kg不同拉速出结晶器时铸坯角部等效应力云图
• 附录C 过热度40℃、比水量0.58L/Kg不同拉速出足辊段时铸坯角部等效应力云图
• 附录D 过热度40℃、比水量0.58L/Kg不同拉速出二冷0 段时铸坯角部等效应力云图
• 附录E 过热度40℃、比水量0.58L/Kg不同拉速出二冷1 段时铸坯角部等效应力云图
• 附录F 拉速0.8m/min、比水量0.58L/Kg不同过热度出结晶器时铸坯角部等效应力云图
• 附录G 拉速0.8m/min、比水量0.58L/Kg不同过热度出足辊段时铸坯角部等效应力云图
• 附录H 拉速0.8m/min、比水量0.58L/Kg不同过热度出二冷0段时铸坯角部等效应力云图
• 附录I 拉速0.8m/min、比水量0.58L/Kg不同过热度出二冷1段时铸坯角部等效应力云图
• 附录J 拉速0.8m/min、过热40℃不同比水量出足辊段时铸坯角部等效应力云图
• 附录K 拉速0.8m/min、过热40℃不同比水量出二冷0段时铸坯角部等效应力云图
• 附录L 拉速0.8m/min、过热40℃不同比水量出二冷1段时铸坯角部等效应力云图
• 在学研究成果
• 致谢