Исследование тепломассообменных процессов при обжатии слитка с жидкой сердцевиной и разработка методики расчета

• Автор: Кашинцева, Ольга Альбертовна
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 158 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Глава 1. Современное состояние моделирования тепломассообмена при обжатии металла

1.1. Теплофизические процессы при непрерывной разливке стали

1.2. Математические модели процесса непрерывной разливки

1.2.1. Основные виды применяемых математических моделей

1.2.2. Методы расчета процесса затвердевания слитка

1.3. Моделирование теплового состояния слитка.

1.3.1. Методы решения задачи Стефана.

1.3.2. Математические модели процесса затвердевания слитков

1.3.3. Влияние внешних воздействий на кристаллизующийся металл.

1.4. Инженерные расчеты теплофизических процессов при непрерывной разливке
1.4.1. Инженерный метод расчета затвердевания слитка.
1.4.2. Инженерный метод расчета глубины жидкой фазы
1.5. Выводы по главе. Постановка задачи.
Глава 2. Математическая модель процесса непрерывной разливки.
2.1. Обобщенная схема обжатия слитка с жидкой сердцевиной
2.2. Математическая модель теплового состояния слитка.
2.3. Результаты численного решения
2.3.1. Распределение температуры по сечению слитка.
2.3.2. Динамика движения границы раздела фаз.
2.4. Моделирование состояния двухфазной зоны
2.4.1. Скорости движения изотерм ликвидуса и солидуса
2.4.2. Динамика ширины двухфазной зоны.
2.5. Результаты численного решения с учетом конвективных процессов
2.6. Тестирование модели и проверка на адекватность.
2.7. Выводы по главе
Глава 3. Моделирование температурного поля в слитке с применением обжатия
3.1.Модель теплового состояния двухфазной зоны слитка при
мягком обжатии.
3.2. Результаты численного решения.
3.3. Приближенный аналитический метод
3.3. Выводы по главе.
Глава 4. Инженерный метод расчета обжатия слитка с жидкой
сердцевиной
4.1. Фильтрация расплава в двухфазной зоне слитка
4.2. Методика расчета величины обжатия слитка
4.3. Выводы по главе.
Заключение.
Литература


Определение зависимости процесса теплопередачи и затвердевания от режимных, конструктивных и технологических факторов, а также определение абсолютных значений тепловых потоков, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи в разных зонах необходимо для совершенствования тепловых режимов работы МНЛЗ. Теплотехнические исследования проводятся по следующим основным направлениям: определение режимных параметров (скорости разливки, толщины корочки, глубины жидкой фазы и др. Теплофизическим аспектам формирования слитка при непрерывном литье посвящено немало исследований в нашей стране и за рубежом. Основополагающими являются работы Г. П. Иванцова [3], Л. И. Всйника [4], А. А. Скворцова и А. Д. Акименко [5]. От правильной организации тепловых процессов в начальной стадии затвердевания слитка в зоне кристаллизатора зависит дальнейшее повышение качества непрерывного слитка, ведь именно кристаллизатор должен обеспечивать условия формирования твердой оболочки заготовки и высокий теплоотвод: процесс передачи тепла от жидкого металла к охлаждающей воде. Распределение интенсивности теплоотвода по периметру и длине слитка должно обеспечивать отсутствие опасных напряжений, которые могут привести к появлению трещин. На теплообмен между слитком и кристаллизатором влияют: марка стали, температура мегалла, скорость разливки, конструкция кристаллизатора, положение слитка и др [6,7]. Например, теплоотвод возрастает при увеличении конусности, при повышении скорости разливки (при этом толщина корочки уменьшается). На ускоренный теплоотвод от слитка сильно влияют и конвективные потоки, возникающие при воздействии струи металла, поступающего в кристаллизатор; а также вызванные разностью плотностей металла у фронта затвердевания и в центре заготовки вследствие его различной температуры [5]. Одним из способов управления интенсивностью теплообмена является комбинированное охлаждение разных частей кристаллизатора. Создание непрерывного слитка является сложным необратимым процессом, состоящим из целого ряда различных явлений, взаимодействующих друг с другом. Для формирующегося слитка в общем случае характерно наличие жидкой и твердой фаз, разделенных переходной двухфазной 1. Структура слитка определяется взаимным действием двух сложных пррцессов: кристаллизации и затвердевания. Кристаллизацией называется процесс формирования структуры металла с учетом всех сопровождающих его явлений. Под затвердеванием понимают процессы тенлоперсноса в условиях фазового превращения. В любой момент затвердевание и кристаллизация характеризуются одной и той же скоростью протекания, но роль их в процессе перехода из жидкого в твердое состояние неодинакова. Процесс кристаллизации связан с условиями возникновения и роста кристаллических зародышей, а процесс затвердевания, связанный, прежде всего с теплоотводом, определяет окончательное формирование твердой фазы слитка [1]. Твердая зона или корочка формируется в кристаллизаторе при высокой интенсивности теплоотвода. Тепловой режим кристаллизатора организуется так, чтобы на выходе твердая оболочка заготовки была достаточной по толщине и прочности для предотвращения возможности прорыва металла. Толщина оболочки зависит от скорости разливки, физических свойств стали и размеров слитка. В твердой фазе происходит перенос энергии к внешней границе слитка, процессы упругой деформации, вязкого и пластического течения среды. Здесь также действуют силы тяжести и трения в кристаллизаторе. С появлением корочки теплоотвод резко падает, поэтому промежуточная часть слитка формируется из вытянутых в направлении максимального теплоотвода кристаллов, зона которых ограничена, а осевая часть слитка - из равноосных кристаллов, зона которых должна быть развита для оптимально»! Формирование структуры слитка происходит в двухфазной зоне - зоне кристаллизации. Средний размер кристаллов прямо пропорционален ширине двухфазной зоны, которая, в свою очередь, обратно пропорциональна отводимому потоку тепла [2]. Тсилофизичсскис явления, происходящие в двухфазной зоне, включают взаимосвязанные процессы тепломассоперсноса, фильтрацию расплава в междендритном пространстве, деформирование растущих кристаллов.