双辊铸轧薄带钢过程数值模拟及实验研究

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1、摘姜双辊铸轧薄带钢过程数值模拟及实验研究摘要近年来，双辊铸轧薄带钢技术取得了令人瞩目的新进展，得到了世界钢铁界的广泛重视，其工艺成功和工业化生产将会给钢铁界带来一场变革。在我国，虽然双辊铸轧薄带钢技术已经研究很多年，但仍与国外技术水平存在很大的差距。在保证带材组织性能均匀和良好板形质量的最佳铸辊结构和冷却方式设计，提高铸辊使用寿命的最佳铸辊辊形、辊套材质和表面状态，高精度的铸轧过程数学模型的建立，铸轧工艺和设备参数对铸带成形质量和铸轧过程稳定性的影响，浇注技术和熔池表面状态及杂质控制技术等方面，还有许多问题尚未得到有效解决。因此，针对上述问题，对双辊铸轧技术特别是铸辊的结构展丌深入细致

2、的研究，对于陔技术的工业化应用具有重要理论意义和实用价值。本文结合国家自然科学基金重大项目“金属融体凝固控制与若干先进成形技术的基础研究”课题之一“近终形双辊铸轧薄带钢的基础研究”和国家重点基础研究发展规划(973项目)“凝固成形加工过程一体化数值模拟”，．采用实验研究与理沦分析相结合的方法，对双辊铸轧薄带钢过程中的关键问题进行系统研究，取得了预期的研究成果。本文的主要工作和创新研究结果如下：(1)根据双辊铸轧薄带工艺的特点，建立了能够描述双辊铸轧过程中的湍流流动、传热和凝固过程的控制方程。对固相率、凝固潜热和湍流粘度等关键问题进行了处理，给出了描述湍流流动的统一方程，建立了考虑各种复

3、杂因素在内的双辊铸轧过程流动和传热耦合的三维有限元分析理论。(2)采用三维流热耦合有限元分析理论对双辊铸轧薄带钢凝固过程中流场和温度场进行了数值模拟。给出了浇注温度、铸轧速度、熔池液面高度、水口的出口角度、水口的浸入深度及辊套材质等参数对熔池内流场和温度场的影响规律，解决了铸轧过程中工艺参数和设备确定中一些关键问题，为水口的结构设计及铸轧工艺参数的确定奠定了一定的理论和实验基础。(3)建立了铸辊三维热．力耦合有限元分析理论，利用ANsYs商业软件进行了二次开发，对铸辊的温度场、热应力和热变形进行了有限元分析，给出了铸轧速度、熔池液面高度、冷却强度、辊套厚度、冷却水孔数量及布置、辊套材质

4、和辊套表面覆层材质及厚度等对铸辊温度场、热应力和热变形的影响规律。东北大学博士学位论文双棍铸轧薄带锢过程数值模拟及买验研咒(4)建立了比较完善的水平式等径双辊铸轧系统，进行了高速钢和不锈钢的铸轧实验研究，得出了高速钢和不锈钢铸轧的最佳工艺参数范围。给出了浇注温度、铸轧速度、铸轧力等主要参数对铸带成形及铸轧过程稳定性的影响规律，积累了大量的铸轧薄带钢实验数据，为实现薄带铸轧的应用和铸轧过程自动控制提供了基础数据。(5)利用实验结果、热平衡计算和模拟相结合的反向方法有效地处理铸辊与熔池之间的换热边界条件问题，解决了处理铸辊与熔池之间换热边界条件遇到的难题，提高了求解的精度，并给出了各种不同

5、工艺条件下铸辊与熔池之间的换热边界条件。(6)铸带和铸辊表面温度的模拟结果与实验结果吻合较好。基于实验和模拟结果，对铸辊材质、铸辊表面状态、辊套和辊芯的结构、冷却水孔位置等影响铸辊设计的主要因素进行了详细分析，为最佳铸辊结构设计提供了理论依据。关键词：双辊铸轧薄带钢；铸辊结构：不锈钢；高速钢；有限元分析；流场；温度场：热应力：热变形II摘要NumericalSimulationandExperimentalstudyofTwinRollSteelStripCastingProcessABSTRACTInrecentyears，asigni6cantprogresshasbeenobta

6、inedinthedevelopmentoftwinrollthinstripcastingprocess．ThisprocesshaSbrou曲tawideinterestingoftheworldironandsteeIindustry，whichwillresuItinasignificantrefbmlinironandsteelindustryifthisspecialcastingissuccessfullyapplied．1_winrollthinst“pcastingprocesshasbeeninVestigatedformanyyearsinChina．Howeve

7、r，therearestiIlmanyproblemshavenotbeenovercomeweUtilIno、MTheseproblemsincludetheoptimalmllstructureanddesignofcoojing+met王lodswhichcanguaranteetheuni上’0mlmicrostructureandmechanicalproperties，goodpr06leandflatnessOfthestrip：