圓坯周向上冷卻的均勻性對鑄坯的質(zhì)量有著重要影響,易引發(fā)縱裂紋、橢圓度等質(zhì)量問題�；诖�,特建立圓坯的徑向和周向二維凝固傳熱模型,充分考慮其在圓周向上噴淋冷卻的均勻性。利用噴嘴與圓坯間的幾何映射關(guān)系,結(jié)合噴嘴冷態(tài)性能測試數(shù)據(jù),推導(dǎo)并計(jì)算出沿圓坯周向上的水流密度分布。相比于板坯等平面噴淋,圓坯曲面噴淋沿周向上水流密度衰減更為急劇,噴淋的均勻性更不易控制。將模型應(yīng)用于某大圓坯連鑄機(jī)的凝固傳熱計(jì)算,考察了鑄坯各二冷區(qū)末端周向上的冷卻均勻性,其中一區(qū)最大溫度偏差19℃,二區(qū)12℃,三區(qū)7℃,四區(qū)5℃。除此之外,計(jì)算了鑄機(jī)保溫罩設(shè)計(jì)對鑄坯溫度場的影響,相比于無保溫罩,鑄坯表面溫度在保溫罩出口區(qū)域提升了61℃,凝固終點(diǎn)向后推移了約1 m。 

【文章來源】：工業(yè)加熱. 2020,49(11)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圓坯周向水流密度分布修正示意圖

依據(jù)式(13)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，利用已有噴嘴水流密度分布特性即可獲得相對應(yīng)的不同圓周位置θ處的水流密度分布。圖2為假定平面上水流密度分布完全均勻情況下，水流密度沿圓周上的分布情況。從圖2中發(fā)現(xiàn)，對于圓坯來說，相對水流密度在噴嘴正下方更大，而沿周向角度的衰減也較平面更為劇烈，即圓坯的冷卻均勻性更加難以保證。在獲得單個(gè)噴嘴水流密度沿周向分布之后，利用噴淋水流的疊加，即可獲得整個(gè)圓周方向上多個(gè)噴嘴的分布情況。對某一冷卻區(qū)而言，由于前后排噴嘴間存在交叉錯(cuò)位，還需將該區(qū)多排噴嘴水流密度進(jìn)一步疊加求分布，最終獲得整個(gè)區(qū)水流密度沿周向上的分布，將該分布數(shù)據(jù)表格加載到式(7)中計(jì)算即可。

圓坯周向冷卻的均勻性對圓坯坯殼的均勻生長意義重大。倘若鑄機(jī)噴淋冷卻設(shè)計(jì)不合理，有些區(qū)域持續(xù)高強(qiáng)度噴淋，有些區(qū)域又得不到相應(yīng)的冷卻，則很容易產(chǎn)生熱應(yīng)力，引起鑄坯縱裂紋的產(chǎn)生或擴(kuò)展�；谥芟蛩髅芏鹊姆植记闆r，本研究對各二冷區(qū)末端鑄坯表面溫度的周向分布進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果如圖3所示。從圖3中發(fā)現(xiàn)，沿周向方向，鑄坯溫度呈周期性波動(dòng)，其中在45°角的整數(shù)倍附近，鑄坯的表面溫度均較低。分析原因，與噴嘴的周期性布置有關(guān)，在0°，90°，180°，270°上方布置有噴嘴，對應(yīng)該區(qū)域下方鑄坯的冷卻強(qiáng)度自然更強(qiáng)，而在45°角附近同樣有較強(qiáng)的冷卻，則主要由于該區(qū)域?yàn)閲娏艿慕徊鎱^(qū)域，冷卻強(qiáng)度反而得到了增強(qiáng)有關(guān)系。同時(shí)，由于前后排噴嘴間的錯(cuò)位布置，使得45°，135°，225°，315°角位置同樣能位于噴嘴的正下方，得到較強(qiáng)的冷卻。對比不同冷卻區(qū)，發(fā)現(xiàn)隨著拉坯的進(jìn)行，鑄坯的表面溫度在逐漸的降低，同時(shí)在周向上的溫度差異也逐漸在減小，一區(qū)最大差異為19℃，二區(qū)最大差異為12℃，三區(qū)最大差異為7℃，四區(qū)末端只有5℃。分析其原因，與各冷卻區(qū)冷水強(qiáng)度逐漸降低有關(guān)，一區(qū)冷卻強(qiáng)度最大，意味著噴淋冷卻帶來的差異體現(xiàn)更加顯著。但總得來說，該圓坯鑄機(jī)沿周向上的溫度偏差不大，冷卻均勻性控制得不錯(cuò)，這得益于鑄機(jī)較好的噴嘴選型及合理的噴嘴錯(cuò)位布置。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]板坯連鑄動(dòng)態(tài)二冷與輕壓下建模及控制的研究[D]. 郭亮亮.大連理工大學(xué) 2009

碩士論文
[1]圓坯連鑄凝固傳熱模擬及工藝研究[D]. 胡文兵.東北大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3261539