本文關(guān)鍵詞：連鑄結(jié)晶器銅板熱—力耦合模擬及冷卻系統(tǒng)研究

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【摘要】：結(jié)晶器是連鑄設(shè)備中最重要的組成部分,被譽(yù)為連鑄設(shè)備的“心臟”,但是在結(jié)晶器的使用過(guò)程中,由于結(jié)晶器內(nèi)的鋼液溫度高且易產(chǎn)生回流,加上冷卻效果的邊角效應(yīng),結(jié)晶器銅板,尤其是寬面?zhèn)鹊你~板易出現(xiàn)溫度分布不均勻現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致局部應(yīng)力集中,影響結(jié)晶器的使用壽命。因此,提高結(jié)晶器銅板的散熱和均溫能力是延長(zhǎng)結(jié)晶器壽命和提高鑄坯質(zhì)量的有效途徑之一。本文利用數(shù)值模擬技術(shù),研究了不同類型結(jié)晶器銅板熱面的溫度及應(yīng)力分布,并對(duì)較優(yōu)銅板的冷卻系統(tǒng)展開(kāi)了進(jìn)一步的研究和優(yōu)化。根據(jù)工廠提供的三種不同類型的結(jié)晶器銅板,使用UG NX軟件建立相應(yīng)的三維模型,利用工廠實(shí)測(cè)的銅板溫度采用反算擬合的方法確定結(jié)晶器銅板熱面的熱流函數(shù),并將得到的函數(shù)應(yīng)用于計(jì)算中,將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較,不斷修正得到準(zhǔn)確可用的熱流邊界條件�；趥鳠釘�(shù)學(xué)模型及反算擬合得到的熱流邊界條件,利用ANSYS Workbench軟件完成了三種不同類型結(jié)晶器銅板的熱-應(yīng)力耦合計(jì)算。根據(jù)銅板冷卻水槽的截面形狀及布局的不同將三種銅板分別命名為銅板I,銅板Ⅱ和銅板Ⅲ。通過(guò)分析計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),三種銅板的縱向溫度分布規(guī)律相近。相對(duì)于銅板Ⅰ和Ⅱ,銅板Ⅲ的縱向溫度分布較為均勻,橫向溫度分布的均勻性較差,相同位置處銅板Ⅲ的溫度值低于銅板Ⅰ和Ⅱ。三種類型銅板應(yīng)力的分布和相應(yīng)銅板溫度的分布規(guī)律基本一致,也是銅板Ⅲ的應(yīng)力值較小,但在橫向分布上很不均勻。綜合來(lái)看,銅板Ⅲ的溫度值和應(yīng)力值比銅板Ⅰ和Ⅱ小,所以對(duì)銅板Ⅲ的冷卻系統(tǒng)展開(kāi)進(jìn)一步的研究,通過(guò)研究水槽的分布、寬度、深度及冷卻水的流速、溫度等因素對(duì)銅板溫度分布的影響來(lái)提高銅板Ⅲ的冷卻作用。計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)每組冷卻水槽由兩側(cè)兩條深水槽和中間五條淺水槽構(gòu)成時(shí),銅板的橫向溫度分布較為均勻；增加水槽寬度至6mm時(shí)可以降低銅板熱面及螺栓和水槽頂部的溫度,且不會(huì)造成銅板中間部位溫度的回升；當(dāng)水槽深度設(shè)置為每組兩側(cè)深水槽深度23 mm,中央及中央右側(cè)兩條淺水槽深度18 mm,其余兩條淺水槽深度17 mm時(shí),銅板的溫度降低且溫度分布的均勻性也有所提高；提高冷卻水流速可以降低銅板的溫度值,但流速每增加1 m/s時(shí)銅板熱面溫度的降低幅度并不均勻,流速提升至11 m/s時(shí)降溫較明顯且不會(huì)造成溫度分布不均勻,但改變冷卻水溫度對(duì)于銅板溫度的降低和溫度分布均勻性的提高作用均不明顯。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)晶器銅板 熱流反算 熱-應(yīng)力耦合 冷卻系統(tǒng)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG233.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 連鑄結(jié)晶器概況10-11
• 1.1.1 連鑄結(jié)晶器的主要作用10
• 1.1.2 連鑄結(jié)晶器的分類10-11
• 1.1.3 連鑄結(jié)晶器的設(shè)計(jì)11
• 1.2 連鑄結(jié)晶器數(shù)值模擬的研究歷程及現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 結(jié)晶器銅板熱-力行為的數(shù)值模擬12-14
• 1.2.2 結(jié)晶器內(nèi)鑄坯熱-力行為的數(shù)值模擬14-17
• 1.3 課題的研究背景及研究?jī)?nèi)容17-18
• 2 連鑄結(jié)晶器銅板的有限元計(jì)算模型18-24
• 2.1 Workbench軟件簡(jiǎn)介18
• 2.2 基本假設(shè)及計(jì)算思路18-19
• 2.3 溫度場(chǎng)模擬的數(shù)學(xué)模型及邊界條件19-23
• 2.4 應(yīng)力場(chǎng)模擬的數(shù)學(xué)模型及邊界條件23-24
• 3 結(jié)晶器銅板的熱-力耦合計(jì)算24-34
• 3.1 銅板的三維實(shí)體模型及網(wǎng)格剖分24-26
• 3.2 基于實(shí)測(cè)反算的熱流邊界條件的驗(yàn)證26-27
• 3.3 銅板溫度場(chǎng)模擬結(jié)果及分析27-31
• 3.4 銅板應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果及分析31-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 4 結(jié)晶器銅板冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)34-52
• 4.1 冷卻水槽對(duì)銅板溫度場(chǎng)分布的影響34-46
• 4.1.1 冷卻水槽布局的影響34-39
• 4.1.2 冷卻水槽寬度的影響39-42
• 4.1.3 冷卻水槽深度的影響42-46
• 4.2 冷卻水對(duì)銅板溫度場(chǎng)分布的影響46-51
• 4.2.1 冷卻水流速的影響46-48
• 4.2.2 冷卻水溫度的影響48-51
• 4.3 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-53
• 參考文獻(xiàn)53-57
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況57-58
• 致謝58-59

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