新型方坯連鑄結(jié)晶器腔形設(shè)計研究

發(fā)布時間：2020-07-19 06:55

【摘要】：結(jié)晶器作為連鑄設(shè)備的核心部件,承擔(dān)著將液態(tài)鋼水凝固成形的任務(wù),合理的內(nèi)腔形狀可減小結(jié)晶器內(nèi)坯殼中的應(yīng)力應(yīng)變,對提高鑄坯質(zhì)量起著重要的作用。本文針對不同鋼種在結(jié)晶器內(nèi)不同的凝固收縮規(guī)律進行了研究,開發(fā)適合澆注不同鋼種的新型方坯結(jié)晶器。結(jié)合坯殼凝固收縮特性和變形機理,以150mm×150mm方坯為研究對象,建立結(jié)晶器內(nèi)鑄坯有限元模型,采用傳熱系數(shù)形式邊界條件轉(zhuǎn)化為熱流形式邊界條件的方法求解熱流密度,對不同拉速和鋼種下的鑄坯溫度場和變形規(guī)律進行研究,得到結(jié)晶器內(nèi)鑄坯溫度場分布規(guī)律和坯殼凝固收縮規(guī)律。建立銅管三維穩(wěn)態(tài)有限元模型,模擬出不同鋼種和拉速下銅管溫度場,建立銅板變形的有限元模型,將熱分析結(jié)果作為初始條件添加到銅板的模型上,得到結(jié)晶器銅管變形規(guī)律,為結(jié)晶器腔形的設(shè)計提供一定的參考。綜合對鑄坯凝固收縮的影響因素以及銅管和鑄坯變形規(guī)律的分析,創(chuàng)建結(jié)晶器內(nèi)腔橫向、縱向中心曲線函數(shù)表達式。在橫向上和縱向中心上的曲線曲率均連續(xù)變化,改善了坯殼在內(nèi)腔運動中承受的非均勻變形。橫截面邊界曲線由上口凸形過渡到下口直線以滿足坯殼角部快于表面中心的收縮。根據(jù)不同鋼種收縮規(guī)律分別設(shè)計縱向中心曲線,并在角部通過調(diào)節(jié)錐度函數(shù)進行修正,使結(jié)晶器內(nèi)腔更好的適合鑄坯的收縮。最后從錐度和應(yīng)變速率兩方面驗證了新腔形的合理性。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TF341.6
【圖文】：

有限元模型,彎月面

溫差(oC)。平穩(wěn)性是衡量結(jié)晶器熱工作狀態(tài)的重要于鋼水靜壓力和角部二維傳熱，從中心坯經(jīng)歷了緊密接觸區(qū)、氣隙形成區(qū)、都處于復(fù)雜的綜合換熱系統(tǒng)中，所以在處理整個換熱關(guān)系。彎月面的位置 0～0.1m)，角部熱流密(距離彎月面的位置 0.1～0.23m)，角部0.8q；氣隙穩(wěn)定區(qū)(距離彎月面的距離流密度 0.7 倍，即 q1=0.7q。化為二維面體，在凝固過程是伴隨著相點平面單元。以 x 軸、y 軸為方坯對稱體模型劃分網(wǎng)格后得出有限元模型，如

云圖,鑄坯表面溫度,場分布,云圖

第 2 章方坯結(jié)晶器內(nèi)鑄坯熱力行為研究大，因為在這段高度范圍內(nèi)，鋼水靜壓力使鋼液和結(jié)晶器緊密接觸，鋼液傳熱能力最強。在角部為二維傳熱，角部溫度比鑄坯表面中心下降快，坯殼首先在角部生成。9.6s 時可以明顯的看出液相線和固相線向鑄坯液芯部位移動，而且兩個相區(qū)的區(qū)域也在不斷變大。在偏角部 25mm 處，鑄坯表面溫度高于角部和中心處的溫度。第 10.4s 和第 19.2s 時坯殼表面周向溫度變化不大，因為此時坯殼內(nèi)部生成氣隙厚度相對穩(wěn)定。在第 19.2s 時，即在結(jié)晶器出口處，最低溫度仍然出現(xiàn)在角部，達到 907oC 左右。

結(jié)晶器,Q235鋼,拉速,45鋼