结晶器保护渣渣膜/气隙及其热阻数值计算研究

发布时间：2023-05-14 02:25

　　保护渣作为连铸生产过程的重要辅料,不仅具有绝热保温、隔绝氧气和冶金除杂等作用,同时承担着稳定传热和降低摩擦等重要功能,从源头上决定着结晶器内的凝固和摩擦行为,主导着各类初生裂纹的形成和演化过程。研究渣道内渣膜/气隙的分布、演变与传热特性,对于调控结晶器与铸坯间复杂的传热和力学行为,提高铸坯质量具有重要意义。本文建立了基于实测温度的结晶器传热反问题计算模型,并在此基础上开发渣膜和气隙厚度分布与热阻计算模型,旨在探讨固态、液态渣膜和气隙的非均匀分布与演化过程,量化研究传导传热、辐射传热在不同介质中的传热特征、贡献及规律。以国内钢厂的弧形板坯连铸机为研究对象,基于实际生产中实测的结晶器铜板温度数据和生产现场的工艺参数,建立结晶器传热反问题计算模型、板坯凝固计算模型,反算结晶器内热流、铸坯表面温度和铸坯凝固的不均匀分布及其特征。以建立的结晶器传热反问题和板坯凝固模型为基础,开发出保护渣渣膜/气隙分布与热阻计算模型,考察了保护渣凝固温度、钢液浇铸温度等因素对结晶器内液态润滑区长度及液、固渣膜厚度和气隙的影响,并探讨了渣膜厚度的不均匀分布及其演化规律,对不同浇铸工艺下的液态润滑区长度、气隙形成位置...

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 连铸保护渣
        1.1.1 结晶器保护渣简介
        1.1.2 保护渣渣层结构与渣膜分布
        1.1.3 保护渣对连铸坯质量的影响
    1.2 结晶器内保护渣膜/气隙的演化、分布与作用
        1.2.1 渣膜演化及其作用
        1.2.2 铸坯与结晶器间的气隙
    1.3 液态、固态渣膜与气隙的传热行为
        1.3.1 液态渣膜
        1.3.2 固态渣膜
        1.3.3 气隙传热
    1.4 渣道热阻与保护渣润滑行为
        1.4.1 渣道热阻
        1.4.2 保护渣润滑行为
    1.5 本文主要研究内容
2 结晶器传热/铸坯凝固及渣膜/气隙计算模型
    2.1 结晶器传热反问题计算模型
        2.1.1 结晶器传热控制方程
        2.1.2 结晶器传热反问题
        2.1.3 结晶器物性参数
    2.2 连铸坯凝固计算模型
        2.2.1 铸坯传热/凝固控制方程
        2.2.2 初始条件与边界条件
        2.2.3 板坯传热和凝固的计算流程图
        2.2.4 铸坯物性参数
    2.3 保护渣渣膜/气隙分布与热阻计算模型
        2.3.1 模型假设
        2.3.2 渣道传热计算模型
        2.3.3 保护渣及气隙物性参数
    2.4 结晶器内渣膜/气隙计算流程
    2.5 本章小结
3 结晶器液/固渣膜与气隙厚度分布数值计算
    3.1 实验条件及工艺参数
    3.2 结晶器内传热与铸坯凝固
        3.2.1 结晶器热流
        3.2.2 坯壳厚度
        3.2.3 铸坯表面温度
    3.3 渣膜与气隙分布的不均匀性
        3.3.1 液态渣膜
        3.3.2 固态渣膜
        3.3.3 气隙
        3.3.4 渣道
    3.4 液态渣膜、气隙厚度与液态润滑区影响因素
        3.4.1 保护渣凝固温度
        3.4.2 钢液浇铸温度
        3.4.3 钢液的固相线温度
    3.5 本章小结
4 结晶器液/固渣膜与气隙热阻数值计算
    4.1 实验条件及工艺参数
    4.2 渣膜与气隙热阻
        4.2.1 液态润滑
        4.2.2 固态润滑
        4.2.3 液、固润滑阶段热阻对比
    4.3 渣膜/气隙的传导传热和辐射传热
        4.3.1 液态渣膜
        4.3.2 固态渣膜
        4.3.3 气隙
    4.4 渣膜/气隙厚度与热阻分析
        4.4.1 液态渣膜厚度
        4.4.2 固态渣膜厚度
        4.4.3 气隙厚度
        4.4.4 厚度与热阻对比分析
    4.5 本章小结
5 保护渣物性参数对渣膜厚度和热阻的影响
    5.1 工艺参数
    5.2 保护渣物性参数
        5.2.1 析晶温度
        5.2.2 析晶率
        5.2.3 碱度
    5.3 导热系数
        5.3.1 液渣
        5.3.2 固渣
        5.3.3 气隙
    5.4 消光系数
        5.4.1 液态渣膜
        5.4.2 固态渣膜
    5.5 折光率
    5.6 保护渣辐射系数
    5.7 界面热阻
    5.8 本章小结
6 保护渣渣膜/气隙分布与热阻计算模型的简化
    6.1 基于传导、辐射热阻计算公式的模型简化
        6.1.1 液态渣膜
        6.1.2 固态渣膜
        6.1.3 模型简化前后渣膜热阻计算结果的对比
    6.2 基于渣膜传导/辐射热阻量化关系的模型简化
        6.2.1 液态渣膜
        6.2.2 固态渣膜
        6.2.3 模型简化前后渣膜热阻计算结果的对比
    6.3 渣膜、气隙分布与热阻模型简化的验证与结果分析
        6.3.1 低碳钢
        6.3.2 中碳钢
        6.3.3 高碳钢
        6.3.4 模型简化前后相应的计算公式
    6.4 保护渣渣膜热态行为在线检测与计算方法的展望
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3816994