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连铸技术是现代炼钢生产过程中重要的成型技术,而结晶器是连铸机的心脏,在连铸生产过程中,结晶器具有合适的温度场及均匀的热应力场,是提高连铸机的产量、改善铸坯的质量、优化结晶器的结构设计、延长结晶器的寿命的有效手段之一.而且连铸裂纹缺陷的形成与结晶器的热/力学行为密切相关,铸坯的夹渣、结疤、菱变等缺陷也是在结晶器内产生的.多年来,人们开发了许多数学模型来研究结晶器,但都存在模型的简化、参数的选取以及单元的划分等问题.所以开发能够正确反映结晶器传热和应力分析的数学模型是非常必要的.该文对连铸坯质量、结晶器的传热和结晶器的热力学行为的研究概况作了综述;在准确计算结晶器温度场分布情况的基础上,充分考虑结晶器的受力状况及材料热物性参数与温度相关的情况,建立了结晶器热应力的数学模型.并选择了不同的冷却强度及结晶器的厚度作变化的工艺参数,研究了150×150mm方坯结晶器的温度场和应力场.模拟结果表明,结晶器纵剖面和横截面的温度分布不均,弯月面处为温度最大值,底部温度有所回升;角部温度比中心的低.随厚度的增加,热面温度更高,冷面温度更低,随流速的提高,温度减小.结果表明,合适的结晶器铜板厚度是10mm,合适的冷却水流速为9~12m/s.研究结果还表明,应用传热和应力应变分析模型,可以估测出裂纹形成的危险区域,弯月面是菱变缺陷的起源地.高度方向的温度分布决定了高度方向的变形,最大应力点与最高温度点相同,弯月面区的应力最大,出口处应力有所回升.随厚度的增加应力减少,7~15m/s冷却水流速的变化对应力影响不大.弯月面区的热应力最高,变形最大,有负锥度形状的变形,而且变形是偏向钢液的一侧,所以结晶器应该具有双锥度.模拟结果与生产实际以及参考文献所提供的资料能较好的吻合.对生产中确定合理的连铸制度及结晶器优化设计有一定的帮助.