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连铸坯连续矫直技术的研究

作　者: 李存波
导　师: 李宪奎
学　校: 燕山大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 连铸蠕变高温应力连续矫直矫直曲线
分类号: TF777.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

连铸坯的矫直技术是发展高效连铸的关键技术之一,高效连铸技术的核心就是高拉速及高铸坯质量。在高拉速的条件下,为了保证带液心的铸坯矫直时两相区内的应变和应变速率控制在允许值的范围内,能够适应高拉速的连续矫直技术已成为当前的主流技术。为此,本文进行了下面的研究工作。在分析连铸坯凝固传热和变形的基础上,建立了连铸板坯凝固过程的传热数学模型和应力应变模型,确立了相应的边界条件、铸坯热物性能参数和基本的力学参数,采用有限元软件对连铸板坯温度场和应力应变进行了模拟,得到从结晶器到凝固结束的传热和变形情况。在研究现有连续矫直曲线的基础上,指出现有矫直曲线的不足,即铸坯的应变速率近似为常数,没有充分考虑温度和应力对铸坯变形速率的影响。连铸坯的矫直过程中,铸坯温度高,蠕变及应力松弛现象显著,因此在连续矫直方案的设计中,可以充分利用铸坯的高温变形特性。由高温材料的蠕变性能认识到,铸坯的矫直应变速率不仅与温度有关,而且与铸坯的应力有关,因此在充分考虑铸坯应力对应变速率的影响下,可将大部分的变形放在温度较高的区域内完成,从而对连续矫直区的矫直技术进行优化设计。综合考虑铸坯的高温和应力蠕变性能,通过对曲线公式推导,得到新型的连续矫直曲线,该曲线的铸坯应变速率、应力及应变在矫直区内变化较为平缓,可有效避免铸坯内裂纹的形成,而且给出了曲线的精确解,可以进行连铸机的设计和改造。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-20
  1.1 连铸矫直技术的发展及现状  11-13
    1.1.1 连铸矫直技术概述  11
    1.1.2 连铸矫直技术的发展  11-12
    1.1.3 连铸矫直技术的主要研究方法  12-13
  1.2 连铸过程的传输现象以及应力应变行为  13-15
  1.3 连铸矫直技术的冶金原理及矫直原理  15-18
    1.3.1 连铸坯内裂纹产生机理  15-16
    1.3.2 连铸坯凝固过程中坯壳的变形  16-17
    1.3.3 连铸坯变形的高温脆化理论  17-18
    1.3.4 应变速率理论  18
    1.3.5 连铸坯矫直的基本原理  18
  1.4 本课题的研究背景及研究内容  18-20
    1.4.1 本课题的研究背景  18-19
    1.4.2 本课题的主要研究内容  19-20
第2章连铸坯凝固过程的传热  20-29
  2.1 连铸坯凝固传热特点及微分方程  20-21
    2.1.1 连铸坯凝固传热特点  20
    2.1.2 连铸坯凝固传热微分方程  20-21
    2.1.3 铸坯冷却控制的冶金原则  21
  2.2 结晶器传热与凝固  21-24
    2.2.1 结晶器的作用  21-22
    2.2.2 结晶器导出热流  22-23
    2.2.3 结晶器内坯壳生长  23
    2.2.4 结晶器冷却控制  23-24
  2.3 二冷区传热与凝固  24-28
    2.3.1 二冷区与铸坯质量  24
    2.3.2 二冷区的传热  24-25
    2.3.3 二冷区内坯壳生长  25-26
    2.3.4 二冷区冷却强度确定原则  26
    2.3.5 二冷区冷却冷却水的分配  26-27
    2.3.6 二冷区冷却冷却方式及控制方式  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章连铸坯凝固过程的应力应变  29-39
  3.1 连铸坯流变学理论  29-32
    3.1.1 高温铸坯的蠕变特性  29-30
    3.1.2 铸坯流变学模型  30-32
  3.2 连铸坯弹粘塑性变形理论  32-34
    3.2.1 屈服准则  32
    3.2.2 强化定律  32
    3.2.3 增量理论  32-33
    3.2.4 弹粘塑性力学本构方程  33-34
  3.3 连铸坯矫直过程坯壳受力模型  34-36
    3.3.1 连续矫直过程坯壳的受力  34-35
    3.3.2 连续矫直过程铸坯受力的简化  35-36
    3.3.3 连铸坯变形模型基本方程  36
  3.4 连铸坯应变变形  36-38
    3.4.1 铸坯的综合应变  36-38
    3.4.2 影响连铸坯变形的因素  38
  3.5 本章小结  38-39
第4章连铸坯凝固传热及矫直变形有限元分析  39-53
  4.1 板坯连铸机计算实例  39-41
    4.1.1 板坯连铸机主要参数  39-40
    4.1.2 生产工艺参数  40-41
  4.2 连铸坯模型的热物性参数的确定  41-44
    4.2.1 固液相温度线的确定  41
    4.2.2 固相率  41-42
    4.2.3 导热系数  42
    4.2.4 比热和凝固潜热  42-43
    4.2.5 密度  43
    4.2.6 弹性模量  43-44
    4.2.7 泊松比  44
  4.3 铸坯传热有限元分析  44-49
    4.3.1 连铸坯传热初始条件  44-45
    4.3.2 连铸坯温度场随时间的变化  45-46
    4.3.3 铸坯断面温度场变化  46-48
    4.3.4 矫直区坯壳凝固厚度的变化  48-49
    4.3.5 铸坯温度场求解结果分析  49
  4.4 铸坯矫直变形有限元分析  49-52
  4.5 本章小结  52-53
第5章连铸坯矫直技术分析  53-67
  5.1 连铸坯矫直基本类型  53-61
    5.1.1 单点矫直  53-54
    5.1.2 多点矫直  54-56
    5.1.3 压缩矫直  56-58
    5.1.4 奥钢联渐近矫直  58-59
    5.1.5 康卡斯特连续矫直曲线  59-61
  5.2 连续矫直技术的改进类型  61-64
    5.2.1 等应变速率固定辊连续矫直  61-62
    5.2.2 传统的具有两个连续矫直区的连续矫直曲线  62-63
    5.2.3 新型具有两个连续矫直区的连续矫直曲线  63-64
    5.2.4 其他连续矫直技术  64
  5.3 连续矫直曲线设计中的若干问题  64-66
    5.3.1 连续矫直技术的优越性  64-65
    5.3.2 剪切应力问题  65
    5.3.3 铸坯中性轴问题  65
    5.3.4 连续和衔接问题  65
    5.3.5 衡量设计是否合理的指标  65-66
  5.4 本章小结  66-67
第6章新型连续矫直曲线的研究  67-77
  6.1 新型连续矫直曲线的提出  67-69
    6.1.1 传统连续矫直技术存在的不足  67-68
    6.1.2 新型连续矫直曲线  68-69
  6.2 新型连续矫直曲线的设计理论  69-75
    6.2.1 新型连续矫直曲线的推导  69-72
    6.2.2 矫直曲线的精确解  72-73
    6.2.3 矫直应变速率和矫直应力  73-75
  6.3 算例  75-76
  6.4 本章小结  76-77
结论  77-78
参考文献  78-83
致谢  83-84
作者简介  84

连铸坯连续矫直技术的研究

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