基于實測的連鑄坯-結(jié)晶器傳熱及力學行為模擬.pdf

1、作為連鑄機的重要部件，結(jié)晶器內(nèi)均勻穩(wěn)定的傳熱條件，是保障鑄機穩(wěn)定運行、高效生產(chǎn)的前提。研究發(fā)生在結(jié)晶器內(nèi)的傳熱與力學行為，對鋼液的初期凝固行為進行控制，對于穩(wěn)定和提高連鑄坯質(zhì)量具有重要作用。
　　為了掌握寬厚板結(jié)晶器傳熱過程的相關規(guī)律和特征，針對連鑄寬厚板坯生產(chǎn)過程，探討結(jié)晶器熱流的影響因素與控制途徑，對該鑄機累計一年的澆鑄數(shù)據(jù)進行檢測和記錄，分別討論拉速、過熱度、進水溫度等因素對結(jié)晶器熱流的影響。結(jié)果表明，結(jié)晶器熱流隨拉速的升高

2、而上升，但在拉速提高至1.05m·min以上時熱流不再增大，碳含量在0.13％時的結(jié)晶器熱流最低，需要合理設計結(jié)晶器一冷工藝和保護渣，形成緩冷以防止縱裂和其他缺陷。
　　以國內(nèi)某鋼廠板坯連鑄結(jié)晶器為研究對象，基于結(jié)晶器銅板溫度檢測系統(tǒng)的實測數(shù)據(jù)，通過建立結(jié)晶器/鑄坯傳熱凝固反問題模型，利用實測溫度反算結(jié)晶器/鑄坯熱流密度。以此為基礎，建立基于ANSYS的結(jié)晶器有限元計算模型，模型中細致考慮水槽、鍍層對結(jié)晶器傳熱的影響，結(jié)晶器熱面與

3、鑄坯之間以反算熱流密度作為邊界條件，利用二維切片移動方法計算結(jié)晶器溫度場。結(jié)果顯示，ANSYS模擬結(jié)果與反算程序所得結(jié)果一致，印證了傳熱反問題模型的可靠性。當鑄坯出現(xiàn)縱裂時，結(jié)晶器寬面方向溫度波動明顯，相反，在無縱裂的正常工況下，結(jié)晶器溫度相對均勻，無顯著波動。從熱面到冷面，銅板溫度分布基本為一簇平行的等溫線，在冷卻水槽區(qū)域銅板溫度曲線呈弓形，深水槽根部溫度比淺水槽根部溫度高10℃左右。
　　利用ANSYS建立鑄坯凝固過程的二維瞬

4、態(tài)模型，以拉坯速度為切片移動速度，模擬鑄坯從彎月面到結(jié)晶器出口的凝固和應力狀態(tài)。計算時將溫度場模擬的結(jié)果作為體載荷，考慮鋼水靜壓力對鑄坯應力分布的影響，利用間接耦合方法計算鑄坯的應力分布。結(jié)果顯示:出現(xiàn)縱裂時，鑄坯在距彎月面相同距離高度處的溫度分布波動明顯，而正常工況下鑄坯在距離彎月面相同距離高度處溫度分布則相對均勻。鑄坯實際發(fā)生縱裂紋的位置，處于坯殼溫度和厚度過渡急劇的區(qū)域，根據(jù)縱裂紋判據(jù)，坯殼凝固較快的區(qū)域?qū)χ車鳉ぎa(chǎn)生拉應力，同時