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钢锭定向凝固过程的数值模拟与中空侧壁保温效果研究

作　者: 宋刚
导　师: 沈明钢
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 定向凝固 宽厚板钢锭 中空侧壁 数值模拟优化
分类号: TG111.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


目前，采用定向凝固技术生产宽厚板钢锭在国外已得到广泛的应用，我国尚处在起步阶段。要想尽快地掌握这一技术，获得优质定向凝固锭，我们可以借助模拟技术等手段以较小的费用尽快地获得优化的工艺参数。为了获得优质定向凝固锭，降低生产成本，还有许多细节值得我们去研究。本文结合某钢厂23t定向凝固钢锭的生产现状，根据空气的绝热性提出了采用中空侧壁保温定向凝固法生产宽厚板钢锭。建立了钢锭的有限元定向凝固模型；利用生产现状数据设置了相关的初始条件和边界条件；应用ANSYS软件对传统的和中空侧壁保温的23t定向凝固钢锭的凝固过程进行了数值模拟，并对模拟结果进行了验证，得出模拟结果和试验结果基本吻合，说明该模型是可行的。通过对传统的和中空侧壁保温的23t定向凝固钢锭的凝固过程的数值模拟，分析了钢锭及侧壁温度场变化以及中空内空气的流动状况，描述了钢锭凝固的进程，对中空厚度进行了优化。结论表明了中空对钢锭定向凝固的侧壁具有明显的保温作用，当中空厚度为6mm时保温效果最好。抑制了侧壁传热，延长了全凝时间，从而提高了宽厚板钢锭的质量。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1. 绪论  9-21
  1.1 定向凝固技术和发展状况  9-12
    1.1.1 定向凝固技术简介  9-10
    1.1.2 定向凝固与普通凝固的区别  10-11
    1.1.3 定向凝固技术在大型钢锭生产中的应用及发展状况  11-12
  1.2 定向凝固理论的研究进展  12-14
    1.2.1 定向凝固理论  12-13
    1.2.2 应用定向凝固理论对钢锭生产工艺的改善  13-14
    1.2.3 应用定向凝固理论在生产钢锭工艺中出现的问题  14
  1.3 凝固过程研究的方法  14-16
    1.3.1 采用实验和数学模拟相结合的方法  15
    1.3.2 凝固过程数值模拟原理  15-16
  1.4 凝固过程数值模拟技术的研究与发展  16-19
    1.4.1 凝固过程数值模拟的由来、目的和意义  16-17
    1.4.2 国内外凝固过程数值模拟的发展状况  17-19
    1.4.3 凝固过程数值模拟存在的问题  19
  1.5 课题研究的目的、意义和主要内容  19-21
    1.5.1 课题研究的目的和意义  19-20
    1.5.2 课题研究的主要内容  20-21
2. 凝固过程中的传热学基础理论  21-26
  2.1 传热的基本方式  21-23
    2.1.1 热传导  21
    2.1.2 热对流  21-22
    2.1.3 热辐射  22-23
  2.2 传热的偏微分方程  23-26
    2.2.1 热传导偏微分方程  23-24
    2.2.2. 辐射传热方程  24-26
3. 大型钢锭凝固过程温度场的数值模拟  26-40
  3.1 数值模拟采用的方法  26-27
    3.1.1 ANSYS 软件简介  26
    3.1.2 分析问题的过程  26-27
  3.2 二维实体模型的建立  27-28
  3.3 基本假设和控制方程  28-30
    3.3.1 数值模拟中的基本假设  28-29
    3.3.2 数值模拟采用的控制方程  29-30
  3.4 钢锭定向凝固过程数值模拟的求解条件  30-40
    3.4.1 初始条件  30
    3.4.2 边界条件  30-31
    3.4.3 材料物性参数的确定  31-38
    3.4.5 凝固潜热的处理  38-40
4.凝固模拟实验装置的设计  40-43
  4.1 实验装置  40-41
  4.2 实验结果  41-43
5.数值模拟计算结果及分析  43-55
  5.1 传统定向凝固钢锭的凝固进程  43-47
    5.1.1 钢锭凝固过程  43-44
    5.1.2 钢锭凝固过程的温度场  44-45
    5.1.3 钢锭完全凝固时水冷底盘温度场  45-46
    5.1.4 钢锭完全凝固时侧壁温度变化  46-47
  5.2 中空侧壁保温定向凝固钢锭的凝固过程  47-55
    5.2.1 中空侧壁钢锭凝固过程  47-49
    5.2.2 中空厚度的优化  49-55
结论  55-56
参考文献  56-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属学（物理冶金） > 金属物理学 > 金属的液体结构和凝固理论
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