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板坯连铸结晶器传热行为的理论研究

作　者: 高䶮妮
导　师: 朱苗勇
学　校: 东北大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 板坯连铸结晶器传热理论研究
分类号: TF341.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

结晶器是连铸机中最重要的组成部分,其传热行为直接控制着钢液的初始凝固过程,决定着连铸坯的表面质量。探索结晶器的传热机理与规律对改善结晶器铜板的工作条件,更好地实现漏钢预报,以及对复杂的铸坯表面质量的诊断和预报工作都有着极其重要的作用。由于检测手段和现场生产条件的局限性,实际生产中很难通过实测手段直接获得结晶器热流和铜板温度分布等传热信息。因此,如何正确掌握连铸结晶器的传热行为以保证连铸过程顺行就显得尤为重要。为此,本文以常规板坯连铸结晶器为研究对象,根据结晶器保护渣动量和质量守恒,建立了描述连铸结晶器三维传热过程的数学模型,对板坯结晶器的传热行为进行了数值模拟研究,主要研究内容和已获得的结果如下:(1)首先建立保护渣动量、质量守恒以及结晶器稳态传热的数学模型,采用循环反推算法获得符合实测值的连铸坯表面温度计算值,进而得到结晶器铜板热面沿高度方向的热流密度分布。(2)采用上述方法所确定的热流密度作为边界条件,建立了结晶器铜板三维传热数学模型,并进行数值模拟研究,模拟结果表明:沿结晶器壁长度方向,窄面温度大于宽面温度,且距弯月面25mm处铜板热面温度最高;镍层连接处,铜板热面温度有较大的回升。此外,结晶器出口约60mm范围内,铜板热面温度也有一定程度的回升。结晶器铜板温度场沿宽度方向温度分布不均匀,温度呈波浪式分布,两组水缝间的温度比水缝分布区温度高。(3)建立了结晶器内凝固坯壳的二维传热数学模型,模拟结果表明:连铸坯中心温度和表面温度均呈减小趋势,但铸坯中心温度降低幅度较小,仅10℃左右。宽面表面温度的降低幅度比窄面大,窄面表面中心温度从1548℃降低至1307℃,宽面表面中心温度从1548℃降低至1223℃。铸坯宽面的坯壳厚度在整个结晶器高度方向上都大于窄面的坯壳厚度,出结晶器时铸坯宽面坯壳厚度约为12mm,铸坯窄面坯壳厚度约为10mm。(4)对结晶器保护渣、冷却结构参数等影响结晶器内热行为因素的研究表明:沿结晶器高度方向,固态渣膜厚度逐渐增加,一定拉速下减小保护渣的消耗量会增大结晶器上部的热流;热流密度和铜板温度随着拉速的增加逐渐增加,拉速每增加0.2m/min,热面温度增大10℃左右;铜板厚度每减少5mm,热面最高温度相应降低30℃左右;水槽深度每增加3mm,热面温度平均降低13℃;随着拉速增大,铸坯内温度逐渐增大,坯壳厚度减小,拉速每增加0.2m/min,铸坯表面温度升高8℃左右,铸坯中心温度升高1℃左右,液相线向铸坯中心移动约2.5mm,固相线向铸坯中心移动约1.5mm,坯壳厚度减少约1.5mm。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-21
  1.1 结晶器在连铸生产中的作用和地位  11-14
    1.1.1 结晶器的结构及参数介绍  11-13
    1.1.2 结晶器在连铸生产中的作用和地位  13-14
  1.2 结晶器内传热过程  14-18
    1.2.1 结晶器的凝固传热  15-16
    1.2.2 钢液与凝固坯壳的传热  16-17
    1.2.3 凝固坯壳与结晶器之间的传热  17
    1.2.4 结晶器铜壁与冷却水之间的传热  17-18
  1.3 本文研究的内容及意义  18-21
第二章连铸结晶器凝固传热的前人工作分析  21-27
  2.1 结晶器热行为检测  21-22
  2.2 传热凝固数值模拟  22-25
    2.2.1 传热边界条件的研究现状  22-23
    2.2.2 传热凝固数值模拟  23-24
    2.2.3 实测和数值模拟相结合数值模拟  24-25
  2.3 结晶器与凝固坯壳间的相互作用研究  25-27
第三章连铸结晶器传热数学模型  27-41
  3.1 传热数学模型的基本假设  27
  3.2 数学模型的控制方程  27-28
  3.3 模型的计算条件  28-33
  3.4 物性参数的选取  33-38
    3.4.1 结晶器冷却水对流换热系数  33-34
    3.4.2 连铸坯参数的选择  34-37
    3.4.3 其他工艺参数的确定  37-38
  3.5 ANSYS热分析介绍  38-41
第四章计算结果及分析  41-61
  4.1 结晶器铜板温度场模型结果与分析  41-52
    4.1.1 结晶器铜板温度分布特征  41-46
    4.1.2 保护渣的形成状态及其对铜板热流的影响  46-47
    4.1.3 拉速对铜板温度分布的影响  47-48
    4.1.4 铜板厚度对结晶器铜板温度分布的影响  48-50
    4.1.5 水槽深度对温度分布的影响  50-52
  4.2 连铸坯凝固传热结果与分析  52-61
    4.2.1 连铸坯温度分布  52-56
    4.2.2 拉速对连铸坯温度分布的影响  56-61
第五章结论  61-63
参考文献  63-69
致谢  69-71
论文包含图、表、公式及文献  71

板坯连铸结晶器传热行为的理论研究

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