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H型坯连铸质量缺陷及其形成数值模拟

作　者: 史雷刚
导　师: 李小明
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: H型钢质量缺陷结晶器数值模拟
分类号: TF777
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

传统的H型钢生产工艺包括焊接成型和轧制成型，焊接型材往往因应力不均而影响产品的质量。传统轧制工艺则由于流程长，工序繁多，能耗高而导致成本升高。采用近终形异型坯连铸技术则可以有效减少这些缺陷。本文以首钢长治钢铁集团的异型坯连铸生产线为基础，针对长钢H型坯连铸过程产生的质量缺陷进行研究。课题主要工作以长钢现行H型连铸坯生产为中心，以数值模拟方法为手段，研究H型结晶器内钢液流场、温度场和凝固坯壳等冶金现象，通过分析流场、温度场、凝固坯壳的分布特点和铸坯质量缺陷之间的对应关系，从而为解决长钢异型坯质量缺陷提供理论指导。具体工作如下：（1）以长钢异型坯生产的实际参数为基础，建立结晶器数学模型，对结晶器内钢液流场、温度场及凝固坯壳分布进行数值模拟，结合结晶器内钢液流场、温度场、凝固坯壳等冶金现象同铸坯质量缺陷，分析两者之间的相关性，以减少质量缺陷的产生；（2）在其他条件保持不变，研究了水口结构对H型结晶器内各种冶金现象的影响，分析各现象与铸坯质量缺陷之间的关系，为解决铸坯质量问题提供依据；（3）保持其他参数不变，分别通过改变拉坯速度，水口倾角，水口浸入深度和水口开孔面积，研究了这些因素对结晶器冶金现象的影响，分析了各因素变化对铸坯质量的影响，为优化参数，解决铸坯质量问题提供依据。研究表明：使用直通型双水口，射流冲击深，冲击坯壳严重，不利于夹杂物上浮，液面供热不足导致化渣不利。经研究发现，使用三侧孔水口时，能较好消除因直通型水口浇铸而产生的种种问题。通过对工艺参数的研究表明，一定范围内，拉坯速度越低越有利于坯壳均匀生长，但低拉速不利于提高生产效率，本研究建议取0.8m/min；水口浸入深度取100mm最为合适；水口倾角取-15°；建议在保证水口质量和寿命的前提下，开孔面积尽可能大。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-19
  1.1 H 型坯连铸技术简介  10-14
    1.1.1 H 型坯连铸技术发展概况  10-11
    1.1.2 H 型坯连铸生产特点和关键技术  11
    1.1.3 H 型坯连铸技术的研究现状  11-12
    1.1.4 长治钢铁 H 型钢生产线介绍  12-14
  1.2 H 型坯质量缺陷  14-16
    1.2.1 内部裂纹  15
    1.2.2 表面裂纹  15-16
    1.2.3 长钢异型坯质量缺陷  16
  1.3 本文的研究内容及目的  16-17
  1.4 研究方法  17-19
2 H 型坯连铸结晶器模型  19-26
  2.1 物理模型  19-21
  2.2 数学模型  21-26
    2.2.1 数学模型的建立  21
    2.2.2 数值模拟控制方程  21-23
    2.2.3 计算模型参数  23-24
    2.2.4 模型边界条件  24-26
3 结晶器水口结构对铸坯质量缺陷的影响模拟  26-51
  3.1 直通型双水口结构  27-31
    3.1.1 流场分布  27-29
    3.1.2 温度场分布  29-30
    3.1.3 凝固坯壳分布  30-31
  3.2 双侧孔单水口结构  31-36
    3.2.1 流场分布  31-33
    3.2.2 温度场分布  33-35
    3.2.3 凝固坯壳分布  35-36
  3.3 三孔型单水口结构  36-41
    3.3.1 流场分布  36-38
    3.3.2 温度场分布  38-39
    3.3.3 凝固坯壳分布  39-41
  3.4 三侧孔双水口结构  41-45
    3.4.1 流场分布  41-42
    3.4.2 温度场分布  42-44
    3.4.3 凝固坯壳分布  44-45
  3.5 四孔型双水口结构  45-50
    3.5.1 流场分布  45-47
    3.5.2 温度场分布  47-48
    3.5.3 凝固坯壳分布  48-50
  3.6 五种水口类型对应的铸坯质量影响小结  50-51
4 连铸工艺参数对铸坯质量缺陷的影响模拟  51-70
  4.1 拉速的影响  51-55
    4.1.1 拉速对流场的影响  51-53
    4.1.2 拉速对温度场的影响  53-54
    4.1.3 拉速对凝固坯壳的影响  54-55
  4.2 水口倾角的影响  55-60
    4.2.1 水口倾角对流场的影响  55-57
    4.2.2 水口倾角对温度场的影响  57-59
    4.2.3 水口倾角对凝固坯壳的影响  59-60
  4.3 水口浸入深度的影响  60-64
    4.3.1 浸入深度对流场的影响  60-61
    4.3.2 浸入深度对温度场的影响  61-63
    4.3.3 浸入深度对凝固坯壳的影响  63-64
  4.4 侧孔面积的影响  64-68
    4.4.1 侧孔面积对流场的影响  64-66
    4.4.2 侧孔面积对温度场的影响  66-68
    4.4.3 侧孔面积对凝固坯壳的影响  68
  4.5 连铸工艺参数影响小结  68-70
5 结论  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表论文  76

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