雙輥鑄軋薄帶鋼過程數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、近年來，雙輥鑄軋薄帶鋼技術取得了令人矚目的新進展，得到了世界鋼鐵界的廣泛重視，其工藝成功和工業(yè)化生產(chǎn)將會給鋼鐵界帶來一場變革。在我國，雖然雙輥鑄軋薄帶鋼技術已經(jīng)研究很多年，但仍與國外技術水平存在很大的差距。在保證帶材組織性能均勻和良好板形質量的最佳鑄輥結構和冷卻方式設計，提高鑄輥使用壽命的最佳鑄輥輥形、輥套材質和表面狀態(tài)，高精度的鑄軋過程數(shù)學模型的建立，鑄軋工藝和設備參數(shù)對鑄帶成形質量和鑄軋過程穩(wěn)定性的影響，澆注技術和熔池表面狀態(tài)及雜質

2、控制技術等方面，還有許多問題尚未得到有效解決。因此，針對上述問題，對雙輥鑄軋技術特別是鑄輥的結構展開深入細致的研究，對于該技術的工業(yè)化應用具有重要理論意義和實用價值。 本文結合國家自然科學基金重大項目“金屬融體凝固控制與若干先進成形技術的基礎研究”課題之一“近終形雙輥鑄軋薄帶鋼的基礎研究”和國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃(973項目)“凝固成形加工過程一體化數(shù)值模擬”，采用實驗研究與理論分析相結合的方法，對雙輥鑄軋薄帶鋼過程中的關鍵問

3、題進行系統(tǒng)研究，取得了預期的研究成果。本文的主要工作和創(chuàng)新研究結果如下： (1)根據(jù)雙輥鑄軋薄帶工藝的特點，建立了能夠描述雙輥鑄軋過程中的湍流流動、傳熱和凝固過程的控制方程。對固相率、凝固潛熱和湍流粘度等關鍵問題進行了處理，給出了描述湍流流動的統(tǒng)一方程，建立了考慮各種復雜因素在內的雙輥鑄軋過程流動和傳熱耦合的三維有限元分析理論。 (2)采用三維流熱耦合有限元分析理論對雙輥鑄軋薄帶鋼凝固過程中流場和溫度場進行了數(shù)值模擬。給

4、出了澆注溫度、鑄軋速度、熔池液面高度、水口的出口角度、水口的浸入深度及輥套材質等參數(shù)對熔池內流場和溫度場的影響規(guī)律，解決了鑄軋過程中工藝參數(shù)和設備確定中一些關鍵問題，為水口的結構設計及鑄軋工藝參數(shù)的確定奠定了一定的理論和實驗基礎。 (3)建立了鑄輥三維熱-力耦合有限元分析理論，利用ANSYS商業(yè)軟件進行了二次開發(fā)，對鑄輥的溫度場、熱應力和熱變形進行了有限元分析，給出了鑄軋速度、熔池液面高度、冷卻強度、輥套厚度、冷卻水孔數(shù)量及布置

5、、輥套材質和輥套表面覆層材質及厚度等對鑄輥溫度場、熱應力和熱變形的影響規(guī)律。 (4)建立了比較完善的水平式等徑雙輥鑄軋系統(tǒng)，進行了高速鋼和不銹鋼的鑄軋實驗研究，得出了高速鋼和不銹鋼鑄軋的最佳工藝參數(shù)范圍。給出了澆注溫度、鑄軋速度、鑄軋力等主要參數(shù)對鑄帶成形及鑄軋過程穩(wěn)定性的影響規(guī)律，積累了大量的鑄軋薄帶鋼實驗數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)薄帶鑄軋的應用和鑄軋過程自動控制提供了基礎數(shù)據(jù)。 (5)利用實驗結果、熱平衡計算和模擬相結合的反向方法