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薄板坯连铸液芯压下工艺数值模拟研究

王迎春  
【摘要】: 薄板坯连铸连轧技术是继氧气转炉炼钢、连续铸钢之后钢铁工业最重要的革命性技术之一。自上世纪末我国引入第一条生产线以来,薄板坯连铸连轧技术得到了飞速发展,各种研究工作也相继展开。与传统生产工艺相比,该技术属于一种紧凑型短流程近终形连铸技术(NNSCC),既可节约投资、降低成本,又能提高铸坯质量和生产效率。它充分地利用了结晶潜热和显热,显著节约轧制能耗,缩短工艺流程,还可以起到细化晶粒,减少偏析,提高金属内部质量的作用。该技术是一种融冶金浇注凝固与塑性变形为一体的新工艺。在液芯压下过程中,连铸坯温度分布不均匀,内部液芯流动形态使得铸坯不同位置的变形和应力有很大的差异,而且内部液芯的流动与外部凝固坯壳变形相互作用,所以液芯压下过程是一个集凝固传热、铸坯变形和液芯流动的多物理场耦合成形过程。 本文对以往国内外的板坯液芯压下研究工作进行了分析和总结,针对薄板坯连铸液芯压下过程中的凝固传热、铸坯变形和液芯流动等行为,结合材料热压缩模拟实验,提出使用多物理场耦合方法,包括热流耦合和流固耦合,来研究液芯压下过程中的温度场、流场、坯壳变形特点和规律以及液芯反流情况。针对液芯压下过程中的温度分布、坯壳厚度、压下量和辊间距四个主要因素进行研究,探讨各工艺参数对铸坯质量和生产的影响,并对液芯压下工艺参数进行优化设计,确定液芯压下最佳工艺。为了提高模拟精度,合理制定液芯压下工艺规程,本文提出采用铸态钢来进行高温模拟实验的方法为液芯压下结构提供材料高温流变应力模型,选取沿柱状晶方向的铸态钢试样分别在不同温度和应变速率下进行热压缩模拟实验与分析,了解铸态钢在高温条件下的流变行为,研究温度和应变率对材料流动应力的影响,建立铸态钢高温流变应力应变关系模型。 本文利用热流耦合方法对板坯连铸温度场和流场进行数值计算,为连铸液芯压下


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