方坯连铸结晶器三维热力耦合分析

发布时间：2020-07-15 15:02

【摘要】：结晶器内初生坯壳的生长对铸坯对铸坯表面质量有很大影响,而结晶器的传热行为直接决定了钢业的初始凝固。研究结晶器的传热规律对改善铸坯质量起到了至关重要的作用。由于工业实验的局限性,无法直接获取结晶器的热流和温度分布等信息。因此,研究结晶器的传热规律对提高铸坯质量有重要指导意义。基于结晶器传热特点建立方坯连铸结晶器三维瞬态传热模型,连铸拉坯过程利用节点温度传递法模拟,采用ANSYS软件对模型进行分析。经过充分迭代得到结晶器三维稳态温度场,并与传统二维铸坯传热模型进行对比。通过动态边界条件加载技术实现铜壁冷面水垢厚度的连续变化,分析水垢对结晶器铜壁温度分布的影响。利用间接耦合的方法,将分析所得结晶器铜壁温度场作为温度载荷,求解铜壁的应力场。结果表明:在结晶器上口,三维传热模型分析结果与铜壁温度分布规律基本吻合,弯月面下50mm附近铜壁温度达到高峰;弯月面处水垢厚度由0.1mm增加到0.5mm时,铜壁最高温度由187℃升高至318℃,铜壁高温区域扩大,铜壁变形程度增加。铜壁面部应力分布较为均匀,在角部存在两个应力集中的位置,为铜管上口和距上口150mm处。以悬挂式安装的方坯连铸结晶器铜管在生产过程中,主要沿拉坯方向向下伸长,在结晶器下口位移最大。结晶器铜壁两侧变形规律基本一致,而铜壁面部中心伸长长度略大于角部。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF777
【图文】：

温度场分布,管式结晶器,悬挂式,钢液

—上法兰盖; 2—铜管; 3—水套; 4—电磁搅拌装置; 5—下法兰盖; 6—足辊图 2 悬挂式管式结晶器Fig.2 Hanging tube mold的传热过程凝固过程中，既有热量传输又有质量传输，两者之间相互关联、结晶器内钢液的流场和坯壳形状也相互影响。结晶器内钢液的流了结晶器温度场分布，而结晶器内温度分布的不均匀性造成热浮内钢液的流动。结晶器铜壁内侧为高温钢液，外侧为告诉流动于铜壁方向存在极大的温度梯度。内钢液凝固传热作用下，钢液表面与铜壁接触处形成具有弹性薄膜性质的弯月面内后受到铜壁冷却，弯月面附近区域钢液迅速冷却，冷却速

热系统,结晶器,换热系数,凝固坯壳

图 3 结晶器内传热系统分析Fig.3 Analysis of the mould heat transfer system内钢液到水缝内冷却水间的总热阻可表示为：cwcmomlhdhdhh1111=++++λλ—综合换热系数，W/(m·℃)；—钢液与凝固坯壳间的换热系数，W/(m·℃)；—结晶器内坯壳厚度，m； —凝固坯壳的导热系数，W/(m·℃)；—坯壳与结晶器间的换热系数，W/(m·℃)；—结晶器铜壁的厚度，m； —铜壁的导热系数，W/(m·℃)；—铜壁与冷却水间的换热系数，W/(m·℃)。

坯壳,接触状态,钢液温度,液相线温度

W/m2；数，W/(m·℃)；内钢液温度，℃；种液相线温度，℃。器间的传热固坯壳和结晶器壁的接触情况，在整个结晶所示。这三个区域的大小由所浇注的钢种、锥度等因素综合决定。

【参考文献】