双辊薄带振动铸轧数值模拟及实验研究

发布时间：2017-08-05 20:06

  本文关键词：双辊薄带振动铸轧数值模拟及实验研究

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【摘要】：近年来,双辊薄带铸轧作为一项低能耗,低成本,短流程的半固态加工技术,受到了国内外专家学者的广泛关注,也取得了瞩目的进展,但是也有许多问题亟待解决,出口带坯的质量问题就是阻碍其工业化进程的问题之一。和传统轧制相比,铸轧过程的各种工艺高度集中,这使得铸轧很难被精确的控制,铸轧出的板坯也往往具有板形差、偏析、晶粒粗大及机械性能差等缺点。针对上述问题,课题组试图把振动技术运用到传统的铸轧机上,通过振动对熔池场产生“搅拌”效果,从而引起熔池内流场和温度场的变化以影响熔池区域的凝固过程。通过在铸轧过程中施加机械振动,来达到细化晶粒组织,抑制带坯偏析从而改善板带坯性能的目的,这对铸轧技术尽早工业化具有重要的意义和价值。本文的主要工作及研究内容如下:利用ANSYS Fluent软件对传统铸轧熔池内温度场和流场特点进行了模拟,并分析模拟了振动对铸轧熔池内的流场和温度场的影响规律,研究表明振动会对铸轧熔池内流场产生搅动效果,这种效果会加快熔池内的换热,同时振动对流场的作用会使熔池内金属溶液的成分更加均匀,减少铸轧带坯偏析等缺陷的产生。利用实验室自助研发的振动实验铸轧机进行实验,制备出了不同振动条件下的铸轧板坯,对铸轧板坯宏观缺陷进行了分析并提出了预防措施,并对铸轧板坯进行了微观组织分析和机械性能测试,结果表明振频和振幅的增大都能起到细化晶粒的作用,增大振频比增大振幅对晶粒的细化作用更为明显。
【关键词】：双辊铸轧 振动铸轧 数值模拟 温度场 流场
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG335.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 世界范围内铸轧技术发展概况11-13
• 1.2.1 国外铸轧技术发展概况11-12
• 1.2.2 国内铸轧技术发展概况12-13
• 1.3 传统铸轧研究现状及存在问题13-16
• 1.3.1 传统铸轧理论研究现状13-14
• 1.3.2 传统铸轧带坯质量实验研究现状14-16
• 1.4 提高铸轧带坯质量的研究16
• 1.5 本文研究来源与研究内容16-18
• 1.5.1 本文研究来源及意义16-17
• 1.5.2 本文研究的主要内容及框架17-18
• 第2章 振动铸轧流场和温度场耦合基本理论18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 流场基本理论18-21
• 2.2.1 流场基本控制方程18-19
• 2.2.2 湍流模型19-21
• 2.3 传热学基本理论21-24
• 2.3.1 热量传递方式21-22
• 2.3.2 铸轧传热过程中的能量守恒22-23
• 2.3.3 铸轧传热过程中的边界条件23-24
• 2.3.4 铸轧传热过程中的微分方程24
• 2.4 对辊面换热系数的处理24-27
• 2.4.1 关于辊面换热边界研究方法的讨论24
• 2.4.2 辊面换热边界形式的选择24-26
• 2.4.3 振动辊面换热边界形式的确定26-27
• 2.5 振动模型27-28
• 2.6 分离条件28-29
• 2.7 VOF模型29
• 2.8 凝固模型29-30
• 2.9 本章小结30-31
• 第3章 振动对铸轧熔池温度场和流场的影响研究31-47
• 3.1 模拟基本假设31-32
• 3.2 模型建立和边界条件32-34
• 3.2.1 模型建立及网格划分32-33
• 3.2.2 初始条件和边界条件33
• 3.2.3 模拟条件33-34
• 3.3 传统铸轧数值模拟的研究34-37
• 3.4 振动对铸轧熔池温度场和流场的影响规律37-45
• 3.4.1 振动对熔池内温度分布的影响37-40
• 3.4.2 振动对熔池出口温度的影响40-41
• 3.4.4 振动对熔池区液面自由湍动能的影响41-43
• 3.4.5 振动对熔池中心线处速度的影响43-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 双辊薄带振动铸轧的实验研究47-52
• 4.1 铸轧实验47-50
• 4.1.1 实验目的47
• 4.1.2 实验设备47-48
• 4.1.3 铸轧材料实验成分48
• 4.1.4 铸轧工艺选择48-49
• 4.1.5 铸轧实验过程49-50
• 4.2 显微组织实验及性能测试50-51
• 4.2.1 熔池区凝固实验50
• 4.2.2 金相显微组织实验50-51
• 4.2.3 微拉伸实验51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 振动铸轧实验结果及分析52-62
• 5.1 板带质量宏观缺陷及解决措施52-55
• 5.2 传统铸轧板坯组织分析55-57
• 5.2.1 微裂纹55
• 5.2.2 显微组织不均55-56
• 5.2.3 润滑介质对带坯表面组织的影响56-57
• 5.2.4 铸轧带坯的力学性能57
• 5.3 振动铸轧板坯组织分析57-60
• 5.3.1 振动对熔池区凝固的影响研究57-58
• 5.3.2 振动对铸轧带坯组织性能的影响研究58-59
• 5.3.3 振动对铸轧带坯机械性能的影响研究59-60
• 5.4 本章小结60-62
• 结论62-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果68-69
• 致谢69

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