新型方坯连铸结晶器腔形设计研究

发布时间：2020-07-19 06:55

【摘要】：结晶器作为连铸设备的核心部件,承担着将液态钢水凝固成形的任务,合理的内腔形状可减小结晶器内坯壳中的应力应变,对提高铸坯质量起着重要的作用。本文针对不同钢种在结晶器内不同的凝固收缩规律进行了研究,开发适合浇注不同钢种的新型方坯结晶器。结合坯壳凝固收缩特性和变形机理,以150mm×150mm方坯为研究对象,建立结晶器内铸坯有限元模型,采用传热系数形式边界条件转化为热流形式边界条件的方法求解热流密度,对不同拉速和钢种下的铸坯温度场和变形规律进行研究,得到结晶器内铸坯温度场分布规律和坯壳凝固收缩规律。建立铜管三维稳态有限元模型,模拟出不同钢种和拉速下铜管温度场,建立铜板变形的有限元模型,将热分析结果作为初始条件添加到铜板的模型上,得到结晶器铜管变形规律,为结晶器腔形的设计提供一定的参考。综合对铸坯凝固收缩的影响因素以及铜管和铸坯变形规律的分析,创建结晶器内腔横向、纵向中心曲线函数表达式。在横向上和纵向中心上的曲线曲率均连续变化,改善了坯壳在内腔运动中承受的非均匀变形。横截面边界曲线由上口凸形过渡到下口直线以满足坯壳角部快于表面中心的收缩。根据不同钢种收缩规律分别设计纵向中心曲线,并在角部通过调节锥度函数进行修正,使结晶器内腔更好的适合铸坯的收缩。最后从锥度和应变速率两方面验证了新腔形的合理性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF341.6
【图文】：

有限元模型,弯月面

温差(oC)。平稳性是衡量结晶器热工作状态的重要于钢水静压力和角部二维传热，从中心坯经历了紧密接触区、气隙形成区、都处于复杂的综合换热系统中，所以在处理整个换热关系。弯月面的位置 0～0.1m)，角部热流密(距离弯月面的位置 0.1～0.23m)，角部0.8q；气隙稳定区(距离弯月面的距离流密度 0.7 倍，即 q1=0.7q。化为二维面体，在凝固过程是伴随着相点平面单元。以 x 轴、y 轴为方坯对称体模型划分网格后得出有限元模型，如

云图,铸坯表面温度,场分布,云图

第 2 章方坯结晶器内铸坯热力行为研究大，因为在这段高度范围内，钢水静压力使钢液和结晶器紧密接触，钢液传热能力最强。在角部为二维传热，角部温度比铸坯表面中心下降快，坯壳首先在角部生成。9.6s 时可以明显的看出液相线和固相线向铸坯液芯部位移动，而且两个相区的区域也在不断变大。在偏角部 25mm 处，铸坯表面温度高于角部和中心处的温度。第 10.4s 和第 19.2s 时坯壳表面周向温度变化不大，因为此时坯壳内部生成气隙厚度相对稳定。在第 19.2s 时，即在结晶器出口处，最低温度仍然出现在角部，达到 907oC 左右。

结晶器,Q235钢,拉速,45钢

【参考文献】