板坯連鑄結(jié)晶器傳熱行為的理論研究.pdf

1、結(jié)晶器是連鑄機(jī)中最重要的組成部分,其傳熱行為直接控制著鋼液的初始凝固過程,決定著連鑄坯的表面質(zhì)量。探索結(jié)晶器的傳熱機(jī)理與規(guī)律對(duì)改善結(jié)晶器銅板的工作條件,更好地實(shí)現(xiàn)漏鋼預(yù)報(bào),以及對(duì)復(fù)雜的鑄坯表面質(zhì)量的診斷和預(yù)報(bào)工作都有著極其重要的作用。由于檢測(cè)手段和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件的局限性,實(shí)際生產(chǎn)中很難通過實(shí)測(cè)手段直接獲得結(jié)晶器熱流和銅板溫度分布等傳熱信息。因此,如何正確掌握連鑄結(jié)晶器的傳熱行為以保證連鑄過程順行就顯得尤為重要。為此,本文以常規(guī)板坯連鑄結(jié)晶

2、器為研究對(duì)象,根據(jù)結(jié)晶器保護(hù)渣動(dòng)量和質(zhì)量守恒,建立了描述連鑄結(jié)晶器三維傳熱過程的數(shù)學(xué)模型,對(duì)板坯結(jié)晶器的傳熱行為進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,主要研究?jī)?nèi)容和已獲得的結(jié)果如下:
　　 (1)首先建立保護(hù)渣動(dòng)量、質(zhì)量守恒以及結(jié)晶器穩(wěn)態(tài)傳熱的數(shù)學(xué)模型,采用循環(huán)反推算法獲得符合實(shí)測(cè)值的連鑄坯表面溫度計(jì)算值,進(jìn)而得到結(jié)晶器銅板熱面沿高度方向的熱流密度分布。
　　 (2)采用上述方法所確定的熱流密度作為邊界條件,建立了結(jié)晶器銅板三維傳熱數(shù)學(xué)模

3、型,并進(jìn)行數(shù)值模擬研究,模擬結(jié)果表明:沿結(jié)晶器壁長(zhǎng)度方向,窄面溫度大于寬面溫度,且距彎月面25mm處銅板熱面溫度最高;鎳層連接處,銅板熱面溫度有較大的回升。此外,結(jié)晶器出口約60mm范圍內(nèi),銅板熱面溫度也有一定程度的回升。結(jié)晶器銅板溫度場(chǎng)沿寬度方向溫度分布不均勻,溫度呈波浪式分布,兩組水縫間的溫度比水縫分布區(qū)溫度高。
　　 (3)建立了結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼的二維傳熱數(shù)學(xué)模型,模擬結(jié)果表明:連鑄坯中心溫度和表面溫度均呈減小趨勢(shì),但鑄坯

4、中心溫度降低幅度較小,僅10℃左右。寬面表面溫度的降低幅度比窄面大,窄面表面中心溫度從1548℃降低至1307℃,寬面表面中心溫度從1548℃降低至1223℃。鑄坯寬面的坯殼厚度在整個(gè)結(jié)晶器高度方向上都大于窄面的坯殼厚度,出結(jié)晶器時(shí)鑄坯寬面坯殼厚度約為12mm,鑄坯窄面坯殼厚度約為10mm。
　　 (4)對(duì)結(jié)晶器保護(hù)渣、冷卻結(jié)構(gòu)參數(shù)等影響結(jié)晶器內(nèi)熱行為因素的研究表明:沿結(jié)晶器高度方向,固態(tài)渣膜厚度逐漸增加,一定拉速下減小保護(hù)渣的

5、消耗量會(huì)增大結(jié)晶器上部的熱流;熱流密度和銅板溫度隨著拉速的增加逐漸增加,拉速每增加0.2m/min,熱面溫度增大10℃左右;銅板厚度每減少5mm,熱面最高溫度相應(yīng)降低30℃左右;水槽深度每增加3mm,熱面溫度平均降低13℃;隨著拉速增大,鑄坯內(nèi)溫度逐漸增大,坯殼厚度減小,拉速每增加0.2m/min,鑄坯表面溫度升高8℃左右,鑄坯中心溫度升高1℃左右,液相線向鑄坯中心移動(dòng)約2.5mm,固相線向鑄坯中心移動(dòng)約1.5mm,坯殼厚度減少約1.5