在鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)中,連鑄技術(shù)起到關(guān)鍵性作用,連鑄技術(shù)是將鋼水通過一系列冷卻裝置不斷地澆注冷卻成設(shè)定好的截面形狀和規(guī)格尺寸鑄坯的工藝過程。結(jié)晶器作為連鑄機(jī)中極為重要的部分,其高效平穩(wěn)地工作將對(duì)鋼材的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量提供有效保障。然而,在連鑄實(shí)際生產(chǎn)過程中,由于受多種因素影響將導(dǎo)致結(jié)晶器未能按照理想設(shè)定的振動(dòng)曲線振動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生各種異常振動(dòng)工況,比如結(jié)晶器在上下位移方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),前后方向發(fā)生擺動(dòng)等。這一異�，F(xiàn)象將對(duì)連鑄坯在凝固成形過程中產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力影響,并可使其連鑄坯表面形成振痕和裂紋等缺陷。本文以某薄板鋼廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù),借助數(shù)據(jù)處理軟件MATLAB和有限元軟件ANSYS,分析結(jié)晶器振動(dòng)發(fā)生異常時(shí),對(duì)鑄坯應(yīng)力的影響,該課題研究可分為以下內(nèi)容:1.借助位移傳感器測(cè)取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)晶器上下位移和前后擺動(dòng)位移數(shù)據(jù),通過軟件MTALB進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理。結(jié)合處理后數(shù)據(jù)和工廠所提供結(jié)晶器圖紙以及傳感器安裝相對(duì)位置,對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)異常的不同工況進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,建立結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)方程式。2.鑒于結(jié)晶器內(nèi)鑄坯溫度復(fù)雜,且其力學(xué)性能受高溫影響,需獲取鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)傳熱過程中溫度變化。利用有限元軟件ANSYS建立鑄坯的二維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型,并基于節(jié)點(diǎn)溫度向下逐層傳遞的傳熱特點(diǎn),通過ANSYS命令流APDL技術(shù)將鑄坯二維非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng),并作為體載荷施加,建立三維力學(xué)模型。3.對(duì)于處于結(jié)晶器振動(dòng)不同工況下的連鑄坯,將結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)作為對(duì)連鑄坯的相對(duì)約束進(jìn)行施加,借助ANSYS對(duì)連鑄坯三維彈塑性力學(xué)模型進(jìn)行不同工況下運(yùn)動(dòng)模擬,分析連鑄坯應(yīng)力分布情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及仿真結(jié)果表明:結(jié)晶器上下位移轉(zhuǎn)動(dòng)工況下,結(jié)晶器對(duì)連鑄坯產(chǎn)生了擠壓效果,連鑄坯窄面底部表層區(qū)域受力較大,受結(jié)晶器相對(duì)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)影響,隨相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角位移增大而增大;結(jié)晶器前后方向擺動(dòng)工況分為三角形,梯形,多峰谷三種擺動(dòng)波形,三角形、多峰谷工況應(yīng)力所受應(yīng)力較大(最大值約120MPa),主要集中于寬面距離彎月面0.6~0.7m處,在實(shí)際連鑄現(xiàn)場(chǎng)過程中,應(yīng)盡可能減少出現(xiàn)三角形擺動(dòng)及多波峰谷形擺動(dòng)。本文在考慮材料熱物性參數(shù)影響的基礎(chǔ)上,提出結(jié)晶器異常振動(dòng)過程中鑄坯應(yīng)力場(chǎng)模擬的模擬方法,獲得了直觀的仿真結(jié)果。為探究連鑄坯表面質(zhì)量問題提出理論參考依據(jù)。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TF777
【部分圖文】：

寸鑄坯的生產(chǎn)工藝過程。連鑄生產(chǎn)是否正常工作不僅影響生產(chǎn)任務(wù)完成，而且鋼材的品質(zhì)和成材率[2]。連鑄工藝設(shè)備主要包括：鋼包、中間包、結(jié)晶器、結(jié)晶器振動(dòng)裝置、二次冷卻、鑄坯導(dǎo)向裝置、拉坯矯直裝置、切割裝置、出坯裝置等[3]。連鑄工藝的生產(chǎn)過程如圖 1.3 所示，主要過程可分為以下步驟組成：首先將高液經(jīng)由轉(zhuǎn)爐倒入鋼水包中，再由回轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)動(dòng)將鋼水包運(yùn)輸?shù)街虚g罐上方，鋼水中間罐過渡，再由其下水口處不斷流入結(jié)晶器內(nèi)部；鋼液流經(jīng)結(jié)晶器的同時(shí)，鋼結(jié)晶器底部處的引錠桿封堵并在結(jié)晶器內(nèi)壁的冷卻裝置附近快速冷卻形成固態(tài)。坯在結(jié)晶器的底部區(qū)域形成一定尺寸坯殼后，開始進(jìn)行拉坯，與此同時(shí)結(jié)晶器開下振動(dòng)，由引錠桿從結(jié)晶器底端帶出具有一定液芯的坯殼進(jìn)入下方的呈弧形的導(dǎo)；鑄坯進(jìn)入二次冷卻裝置，由夾輥傳導(dǎo)矯直并通過冷卻噴嘴噴出的水進(jìn)行二次冷續(xù)凝固；鑄坯在引錠桿從拉坯矯直裝置拉出時(shí)與之脫離并完全冷卻凝固成固體，火焰切割器切制成一定規(guī)格，最終經(jīng)過出坯設(shè)備傳輸出來。在該過程中，鑄坯不冷卻，矯直，切割，運(yùn)輸，形成完整工藝過程。

連鑄工藝過程中最為關(guān)鍵的鑄坯成形部件，在其內(nèi)腔中高溫下裝置快速冷卻凝固形成具有一定厚度，尺寸規(guī)格和所要求截面，并從其底部不斷拉出。這為此后鑄坯進(jìn)行二次冷卻提供條用體現(xiàn)在以下方面：速地將液態(tài)金屬的熱量通過其內(nèi)腔背冷水散熱出去，并凝固成保了坯殼均勻生成，并在結(jié)晶器底部形成一定厚度和強(qiáng)度，足頻運(yùn)動(dòng)更好提高保護(hù)渣的潤(rùn)滑作用，預(yù)防坯殼在其內(nèi)壁之間可振動(dòng)形式動(dòng)技術(shù)的發(fā)展至今，已出現(xiàn)了多種振動(dòng)方式，一般將其歸納為動(dòng)、負(fù)滑脫振動(dòng)、正弦振動(dòng)、非正弦振動(dòng)[4]。

1-振源 2-傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 3-結(jié)晶器平臺(tái)圖 2.1 結(jié)晶器振動(dòng)裝置目前，振源有偏心輪式機(jī)械振源和液壓振源，偏心輪式機(jī)械驅(qū)動(dòng)是由電機(jī)提轉(zhuǎn)速，通過減速機(jī)作用輸出到偏心機(jī)構(gòu)上完成結(jié)晶器指定位移。而液壓式驅(qū)接控制液壓缸位移輸出出指定位移。相比傳統(tǒng)機(jī)械式驅(qū)動(dòng)，液壓式驅(qū)動(dòng)具有高，響應(yīng)速度快，易于保養(yǎng)維護(hù)，產(chǎn)生振動(dòng)曲線多樣性等優(yōu)點(diǎn)，故現(xiàn)在大多采用液壓式驅(qū)動(dòng)。由某薄板廠提供生產(chǎn)信息，給出液壓驅(qū)動(dòng)具體基本參數(shù)， 所示。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由平行四連桿聯(lián)接一個(gè)推桿構(gòu)成，推桿上方為結(jié)晶器平臺(tái)，為了裝置在運(yùn)行中保持穩(wěn)定性，兩套運(yùn)動(dòng)獨(dú)立的振源和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)稱于結(jié)晶器振心安裝于結(jié)晶器兩側(cè)下方。
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