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云计算-连铸坯中缩缺陷形成的数值计算及地浇道电磁搅拌对铸坯凝固影响的研究.pdf
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云计算-连铸坯中缩缺陷形成的数值计算及地浇道电磁搅拌对铸坯凝固影响的研究.pdf
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摘要
(连续铸造技术在钢铁的生产中占有举足轻重的地位,尽管连铸技
术有狼大的发展,但是连铸坯的中缩缺陷是不可避免的。为此许多厂
家丌始采用凝固末端搅拌来减少连铸坯中缩缺陷的发生,而凝固末端
位置的确定就成为实施该项技术的关键。因此,A本文以解决铸坯中缩
为出发点,借助自己编制的连铸数值模拟软件的计算结果建立了铸坯
凝固末端位置的控制方程,并根据连铸坯凝固的特点提出了连铸坯中
缩敏感系数。
本文首先综述了连铸技术和连铸模拟技术的发展和现状。然后用
现场测温的结果修正了连铸坯二冷各段传热边界条件,借助此模型编
制了一套连铸坯凝固模拟软件系统。利用大量的模拟软件计算结果建
立连铸坯凝固末端位置控制方程。f通过分析连铸坯的凝固特点,提出
了连铸坯中缩敏感系数,并讨论了各个连铸工艺因素对铸坯中缩敏感
系数的影响。最后依据前面的讨论结果,提出了在直浇道外施加电磁
搅拌的新连铸工艺方法。
研究结果表明,应用凝固末端位置控制模型可以有效地控制铸坯
的凝固末端位置,铸坯中缩敏感系数可以有效地反映铸坯中缩形成的
可能性,直浇道外施加电磁搅拌改善了连铸坯的凝固组织。■
关键词t连续铸造,中心缩孔,数值模拟,中缩敏感系数,电磁场
第一章绪论
第一章绪论
§1.1选题背景
材料是人类赖以生存和发展的物质基础,与信息、能源构成现代
文明的三大支柱。它关系到国民经济、社会发展和国家安全,是国家
综合实力的重要标志。当前基础产业、支柱产业的升级换代和高新产
业的发展对材料提出了更高的要求。
在现代社会的建设与发展中,钢铁材料起到了极为重要的作用。
1997年世界钢铁产量达7亿吨,我国则超过了l亿吨。从材料的生产、
加工、价格、应用和社会作用等方面综合评估,目前还没有任何材料
能够全面代替钢铁,而且在可预见的将来钢铁材料仍然是占主导地位
的结构材料。
基础产业和支柱产业发展要求基础材料质量、性能要有较大的提
高。进入二十~世纪后,高层建筑、大跨度重载桥梁、轻型节能汽车、
深井油管及大口径油气输送管道、工程机械、民用船舶和军用舰艇等
国民经济的各部门对钢材的性能和使用寿命将提出更高的要求。如果
能在现有的基础上将钢铁材料的强度提高一倍,同时考虑到由此带来
的结构轻型化的效果,则同一工程所需的钢材消耗量可以降低一半以
上;如果能在现有的基础上将钢铁材料的使用寿命延长一倍,则各种
结构的更新周期可以延长一倍,同样可以大大降低钢材的消耗量。因
此,如果能够开发出强度与使用寿命比现行钢材大幅度提高的超级钢
材,则可以使一吨钢抵几吨钢用、大大减少钢材的需要量,进而可以
大幅度地降低资源与能源的消耗,从而产生巨大的经济和社会效益。
为此,世界许多国家非常重视钢铁材料的研究与开发。
日本是传统的钢铁生产大国和强国,为满足21世纪对钢铁材料
的要求,在1997年,正式启动了总投资达1000亿日元(约合人民币
65亿元)的“超级钢铁材料开发计划”(即所谓STX一21),与信息科学
计划、脑科学计划、地球科学计划并列,并称为跨世纪四大科学计划。
第一章绪论
“超级钢铁材料开发计划”要求在2010年以后能将实用结构钢的强度
和寿命较现行水平提高一倍,同时大幅度降低资源和能源的消耗,显
著减轻环境污染。这些超级钢的使用将会提高高层建筑的高度,减轻
大型结构的重量,增大桥梁的跨度,推动防灾城市的建设和轻量化汽
车及高速船舶的制造,延长服役寿命,进一步达到节省资源和保护环
境的目的。
进入90年代以后,美国、德国、英国各政府积极支持产、学、
官协同进行研究与开发,投入大量的人力和财力,启动了诸如‘先进
技术工程’(美国)、‘关键技术工程’(法国)等大型国家研究开发工
程,将基础研究、应用研究与实用开发结合在一起,以期在应用技术
方面能够与日本并驾齐驱。欧美各大公司也预见到超级钢时代的到来,
在投入大量资金推进钢铁生产高技术含量、高效率、高产品附加值的
同时,致力于研究和开发超级钢,以提高21世纪在国际领域的竞争能
力。
近几年,我国粗钢产量已跃居世界第一位,但是在钢材质量、生
产工艺等方面同发达国家相比,差距很大。其主要表现为:1)优质钢
的品种少和生产能力低;2)能耗大,环境污染严重;3)基础研究和
新技术开发不够。由于历史的原因,加之近年来基础研究与技术开发
的投入量远远低于发达国家的水平(如日本新日铁公司的研究与开发
费用占总产值的3%),使得我国的钢铁生产水平落后发达国家十几年
至二十几年,钢铁材料目前普遍存在性能低、质量差、市场竞争力弱
等问题,用于汽车、船舶、大跨度桥梁等方面的优质结构钢材以及其
它高附加值钢材仍主要靠进口。这种局面必将使得我国的钢铁工业只
能亦步亦趋,最后导致引进落后、再引进一再落后的结果。因此,我
国必须摆脱传统理论、经验与技术的束缚,独力自主地提出未来钢铁
材料设计、制备、加工、使用和回收的新思想、新概念、新方法,开
展有关这些方面的基础研究,为开发先进钢铁生产技术,实现从钢铁
大国变为钢铁强国的战略目标奠定基础。
按照现有的理论与工艺,很多结构钢的强度与使用性能已经达到
了极限,无法满足21世纪的新需求。例如,现用超长大桥的跨度为2000
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