【摘 要】
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连铸过程中,二冷区不同位置铸坯表面温度的大小及分布均匀性对最终产品质量具有重要影响。对于中等微合金钢和高级高强度钢等某些特定钢种的连铸生产,二冷区温度控制更是至关重要。因为该类钢种通常要求更高的铸坯表面温度（特别是矫直区）来避免铸坯裂纹缺陷以提高产品的质量。因此,为了获得生产所需的铸坯表面温度,采取将二冷区相应位置的冷却水喷嘴关闭的方法,称之为“干式冷却”。干式冷却条件下,二冷区相关位置由于缺乏水
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连铸过程中,二冷区不同位置铸坯表面温度的大小及分布均匀性对最终产品质量具有重要影响。对于中等微合金钢和高级高强度钢等某些特定钢种的连铸生产,二冷区温度控制更是至关重要。因为该类钢种通常要求更高的铸坯表面温度（特别是矫直区）来避免铸坯裂纹缺陷以提高产品的质量。因此,为了获得生产所需的铸坯表面温度,采取将二冷区相应位置的冷却水喷嘴关闭的方法,称之为“干式冷却”。干式冷却条件下,二冷区相关位置由于缺乏水及水蒸气的冷却,冷却辊表面承受的温度偏高,在工作运行时条件更恶劣。为了提高“干式冷却”条件下冷却辊的使用寿命,并保证冷却辊传热效果良好,开发新型结构冷却辊并进行相关技术研究非常必要。对于连铸机辊子的研究,目前主要从辊子的结构设计,材料研发、轴承应用、密封润滑等方面进行研究。其中冷却辊结构的设计往往其它所有技术的综合应用,对提升冷却辊使用寿命有着重要的作用。现阶段对于连铸二冷干式冷却的研究尚处于探索和发展阶段,主要研究手段为数值仿真。因此,本文针对板坯连铸二冷干式冷却过程中新型冷却辊建立相关数学模型,运用数值模拟的方法进行了冷却辊与铸坯间传热以及应力计算,并得出最优的工艺参数,对于指导实际生产过程具有重要的意义。主要的研究工作和结论如下:（1）设计出一种新型冷却结构的辊子,通过在辊体周向设置均匀分布的冷却水通道增加了冷却辊冷却面积,提高了冷却强度,达到了降低辊面温度的效果。基于设计的新型结构冷却辊建立了板坯连铸干式冷却新型冷却辊温度场和应力应力场模型,仿真计算得到了新型冷却辊的温度场和应力场分布,新型冷却辊在连铸二冷干式冷却生产过程中辊面温度较低,从辊体的中心向辊面沿半径方向温度逐渐升高,最高温度出现在冷却辊与铸坯接触的弧形区域内,温度为750K。新型冷却辊的应力分布与温度场分布呈现相似的变化规律,等效应力、等效应变和变形量均较小,最大等效应力出现在辊身的两端,达到264.63MPa,小于辊子材料的屈服应力624MPa,没有达到产生热疲劳的条件。新型冷却辊通过内部结构的设计提高了冷却效果,加速了热量的传递,改善了冷却辊内部应力的分布,减少了热疲劳裂纹对冷却辊使用寿命的影响。（2）计算了不同工况下（拉速、铸坯表面温度）冷却辊的温度场,可知在保证不拉漏的情况下尽量提高拉速适可以有效的抑制冷却辊表面裂纹的产生,进而提高冷却辊的服役寿命;随着铸坯表面温度的升高,冷却辊所承受的最高温度和平均温度相应增加;对比分析了不同结构下冷却辊温度场,发现新型冷却辊较普通中心通水辊的冷却效果更好;研究确定了通入冷却辊内冷却水的最佳水流速,即水流速度为3m/s时冷却效果最适宜。（3）根据三维温度场计算结果,对新型冷却辊结构进行优化,包括冷却通道水孔距辊面不同距离、冷却辊冷却通道不同孔径大小、冷却辊冷却通道不同水孔数分布条件下的数值模拟,根据优化的准确,当新型冷却辊的结构为周向水孔直径为22mm,距辊面距离22mm,水孔数量分布为10个时冷却效果最佳。
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