方坯连铸凝固末端热力耦合分析

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连铸坯凝固传热过程对最终钢材质量好坏起着决定性作用,表现在钢液凝固过程的冷却搭配不合理造成温度梯度变大,从而会造成诸多铸坯质量问题。中心缩孔是铸坯质量缺陷中较难解决并且极易出现的问题。钢液从两相区向固相区转变的过程中,中心缩孔容易出现在铸坯凝固末端,所以要想更好的了解中心缩孔的问题就要对方坯连铸凝固末端进行理论系统的分析。
  基于方坯连铸凝固末端中心缩孔形成的机理建立 1/4 方坯二维热力耦合模型,应用 ANSYS 有限元软件进行模型分析。经过切片法计算出二维稳态温度场,然后对铸坯温度和坯壳厚度变化进行分析。基于温度场分析结果利用间接热力耦合来进行分析的方法模拟凝固末端铸坯中心缩孔的形成过程。与传统热力耦合模拟过程进行了对比,同时分析了拉坯速度、比水量和过热度三种工艺数的改变对中心缩孔造成的影响。由此得出下列结论:
  1)在典型条件下对有限元模型进行热力耦合分析可以分析出铸坯中心缩孔形成过程,解决了传统方法不能解决的问题。
  2)表面温度回升对中心缩孔形成有很大影响,表面回温程度越大,中心缩孔形成越严重。
  3)取消二冷一段和二段的水方坯中心向外位移值接近于零,中心缩孔消失;同时降低二冷区总水量有助于中心缩孔的消除。
  4)随着拉速增大,中心向外位移值由 4.58×10-1mm 降低到 2.18×10-1mm,拉速增大表面回温程度下降,拉应力减弱,中心向外位移减小。
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