堆焊层对连铸辊热机械行为的影响分析与模拟分析

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1、武汉科技大学硕士学位论文第1页1．1课题研究背景第一章绪论21世纪以来，中国的钢铁连铸技术取得了飞速的发展，炼钢、炼铁生产设备的大型化进程加快，板坯、方坯、圆坯及薄板坯连铸机等越来越高精化的连铸机已投入到钢铁生产中。随着高温、无缺陷铸坯技术的发展，使得炼钢与轧钢工序变得更为紧凑，连铸的品种和质量也得到稳定提高。在我国，钢铁生产流程也由于连铸的发展也得到了进一步的优化。连铸技术的快速发展对中国钢铁工业的发展起了极大地推动作用。整个钢铁工业的发展由于连铸装备研发的新工艺、新技术、新的设计理念的投入而得到了发展，连铸比不断提

2、升。2002年，中国的连铸比已高于全球平均水平4个百分点，攀升为92．5％；2003年上半年超过国际平均水平的6．66个百分点，达到了96．36％。据不完全统计，2005年新诞生连铸机共81台、235流，年增产能7083万吨【1J，连铸生产再次取得可喜的成绩。其中，板坯连铸机年增产能3351万吨，设备增加3l台、45流；薄板坯连铸轧年增产能780万吨，设备增加3台、4流；大方坯、矩形坯连铸机年增产能598万吨，设备增加11台、40流；伴随着连铸比的不断攀升，连铸坯产量的迅速提高，国产连铸设备的水平也呈现迅速发展的态势【

3、2J。新世纪以来，国内连铸机的发展又呈现出了新的特征。首先依然是连铸比和连铸产量的快速增长态势；板坯、方坯、圆坯及薄板坯连铸机等多种连铸机产量的急剧增加，这期间尤其是薄板坯连铸连轧的发展最为突出，无论是生产规模还是相关各项技术经济指标都达到了世界先进水平【3J。在连铸产量和连铸比的迅速发展的同时，连铸品种和质量也得到了很大的改善和提高，自主设计制造的国产连铸机的比例也越来越大。虽然国产连铸技术已经取得了飞速的发展，但是与发达国家连铸技术相比还存在很大的差距，特别是对连铸辊堆焊层材料和疲劳寿命的研究，国内起步比较晚，还存

4、在很多空白，连铸辊等一些关键的零部件很大一部分主要是依赖于出口。连铸技术的发展对国家钢铁工业的可持续发展起着举足轻重的作用，我国连铸技术的发展还有很长的路要走，在国产连铸设备的关键零部件上还有很多工艺技术的研发和创新型课题【4J。1．2课题来源及研究意义本文来源于某钢铁(集团)公司第三炼钢厂，目前，该炼钢厂l号连铸机所使用的连铸辊仍然是刚投入生产时从国外进口的连铸辊。连铸辊的损坏主要是堆焊层的损坏，连铸辊一般有3．4个月的正常使用周期pJ，在连铸辊使用3—4月后，要再次投入生产必须要先下线修复。但是近几年，在连铸辊的正

5、常使用周期内，也出现了断裂的情况，而且次数明显增加，而且更换一次连铸辊需要大约4个小时【6】，这样会严重降低生产效率，给企业带来很大的经济损失。连铸辊是连铸机的最主要零部件之一，一台板坯连铸机约有350～750支连铸辊【7j，因武汉科技大学硕士学位论文第2页而连铸辊的质量和寿命在连铸生产中至关重要，直接影响到产品成本、板坯质量和连铸机作业率。为了解决连铸辊断裂频率次数增加的问题，首先应该对现有的连铸辊进行寿命评估和可靠性分析。在现有的理论分析基础上，结合生产实际，深入研究连铸辊断裂的根本原因。热应力分析方法是一种有效的

6、方法预测连铸辊的使用寿命，不仅为连铸辊的修复使用提供了可续的参考依据，也减少了由连铸辊异常断裂造成的停机事故和检修带来的不必要的经济损失悄J。连铸辊的经常损坏会直接影响企业的生产效率，影响正常的生产计划，另一方面也会给企业带来经济损失。因而，连铸辊使用寿命的提高是一个永远不会衰老的课题，其经济意义也是不可估量的。1．3课题国内外研究现状与发展趋势我国是钢铁工业大国，对连铸辊的需求量非常大。连铸辊是铸钢的主要部件，是关系到钢材质量和数量的关键所在，也是连铸机的主要消耗部件。轧辊的过量消耗给钢厂增加了生产成本，引起了业内人

7、士的高度重视一般从两个方面解决这个问题：通过合金化等手段提高新轧辊材质的硬度与耐磨性，延长新辊的使用寿命；对旧辊实施修复处理，提高连铸辊的利用率，降低成本。修复连铸辊的方法很多，堆焊修复的成本低，效果好，是国内外广泛采用的连铸辊修复技术堆焊是指将具有一定使用性能的合金材料通过加热的方法熔覆在母体材料的表面，使母材获得特殊的使用性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。堆焊既可用于修复材料因服役而失效的部位，亦可用于强化新零件的表面，其目的是延长零件的使用寿命节约材料降低制造成本。中国是世界上研究和应用连铸技术较早的国家之

8、一。国内连铸技术的开发研究始于20世纪80年代中期，目前主要集中在上海钢研所、东北大学、重庆大学[9】。其中上海钢研所在铸机设备和不锈钢双辊薄带连铸方面开发的铸机为同径双辊式铸机，分3个阶段研究开发了不同辊径的薄带连铸机，并通过了国家认证。东北大学采用异径双辊铸机试验了高速钢、硅钢、不锈钢带的直接铸造，试制了厚l～5mm，宽250