结晶器振动异常对铸坯应力影响研究

发布时间：2020-10-19 17:55

　　 在钢铁生产行业中,连铸技术起到关键性作用,连铸技术是将钢水通过一系列冷却装置不断地浇注冷却成设定好的截面形状和规格尺寸铸坯的工艺过程。结晶器作为连铸机中极为重要的部分,其高效平稳地工作将对钢材的生产效率及产品质量提供有效保障。然而,在连铸实际生产过程中,由于受多种因素影响将导致结晶器未能按照理想设定的振动曲线振动进而产生各种异常振动工况,比如结晶器在上下位移方向发生转动,前后方向发生摆动等。这一异常现象将对连铸坯在凝固成形过程中产生不同程度的应力影响,并可使其连铸坯表面形成振痕和裂纹等缺陷。本文以某薄板钢厂生产数据为依据,借助数据处理软件MATLAB和有限元软件ANSYS,分析结晶器振动发生异常时,对铸坯应力的影响,该课题研究可分为以下内容:1.借助位移传感器测取生产现场结晶器上下位移和前后摆动位移数据,通过软件MTALB进行数据后处理。结合处理后数据和工厂所提供结晶器图纸以及传感器安装相对位置,对结晶器振动异常的不同工况进行运动学分析,建立结晶器运动方程式。2.鉴于结晶器内铸坯温度复杂,且其力学性能受高温影响,需获取铸坯在结晶器内传热过程中温度变化。利用有限元软件ANSYS建立铸坯的二维非稳态传热模型,并基于节点温度向下逐层传递的传热特点,通过ANSYS命令流APDL技术将铸坯二维非稳态温度场转变为三维稳态温度场,并作为体载荷施加,建立三维力学模型。3.对于处于结晶器振动不同工况下的连铸坯,将结晶器的运动作为对连铸坯的相对约束进行施加,借助ANSYS对连铸坯三维弹塑性力学模型进行不同工况下运动模拟,分析连铸坯应力分布情况。根据现场数据及仿真结果表明:结晶器上下位移转动工况下,结晶器对连铸坯产生了挤压效果,连铸坯窄面底部表层区域受力较大,受结晶器相对位移和转动影响,随相对转动角位移增大而增大;结晶器前后方向摆动工况分为三角形,梯形,多峰谷三种摆动波形,三角形、多峰谷工况应力所受应力较大(最大值约120MPa),主要集中于宽面距离弯月面0.6~0.7m处,在实际连铸现场过程中,应尽可能减少出现三角形摆动及多波峰谷形摆动。本文在考虑材料热物性参数影响的基础上,提出结晶器异常振动过程中铸坯应力场模拟的模拟方法,获得了直观的仿真结果。为探究连铸坯表面质量问题提出理论参考依据。
【学位单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TF777
【部分图文】：

寸铸坯的生产工艺过程。连铸生产是否正常工作不仅影响生产任务完成，而且钢材的品质和成材率[2]。连铸工艺设备主要包括：钢包、中间包、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却、铸坯导向装置、拉坯矫直装置、切割装置、出坯装置等[3]。连铸工艺的生产过程如图 1.3 所示，主要过程可分为以下步骤组成：首先将高液经由转炉倒入钢水包中，再由回转塔的转动将钢水包运输到中间罐上方，钢水中间罐过渡，再由其下水口处不断流入结晶器内部；钢液流经结晶器的同时，钢结晶器底部处的引锭杆封堵并在结晶器内壁的冷却装置附近快速冷却形成固态。坯在结晶器的底部区域形成一定尺寸坯壳后，开始进行拉坯，与此同时结晶器开下振动，由引锭杆从结晶器底端带出具有一定液芯的坯壳进入下方的呈弧形的导；铸坯进入二次冷却装置，由夹辊传导矫直并通过冷却喷嘴喷出的水进行二次冷续凝固；铸坯在引锭杆从拉坯矫直装置拉出时与之脱离并完全冷却凝固成固体，火焰切割器切制成一定规格，最终经过出坯设备传输出来。在该过程中，铸坯不冷却，矫直，切割，运输，形成完整工艺过程。

连铸工艺过程中最为关键的铸坯成形部件，在其内腔中高温下装置快速冷却凝固形成具有一定厚度，尺寸规格和所要求截面，并从其底部不断拉出。这为此后铸坯进行二次冷却提供条用体现在以下方面：速地将液态金属的热量通过其内腔背冷水散热出去，并凝固成保了坯壳均匀生成，并在结晶器底部形成一定厚度和强度，足频运动更好提高保护渣的润滑作用，预防坯壳在其内壁之间可振动形式动技术的发展至今，已出现了多种振动方式，一般将其归纳为动、负滑脱振动、正弦振动、非正弦振动[4]。

1-振源 2-传动机构 3-结晶器平台图 2.1 结晶器振动装置目前，振源有偏心轮式机械振源和液压振源，偏心轮式机械驱动是由电机提转速，通过减速机作用输出到偏心机构上完成结晶器指定位移。而液压式驱接控制液压缸位移输出出指定位移。相比传统机械式驱动，液压式驱动具有高，响应速度快，易于保养维护，产生振动曲线多样性等优点，故现在大多采用液压式驱动。由某薄板厂提供生产信息，给出液压驱动具体基本参数， 所示。传动机构是由平行四连杆联接一个推杆构成，推杆上方为结晶器平台，为了装置在运行中保持稳定性，两套运动独立的振源和传动机构对称于结晶器振心安装于结晶器两侧下方。
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本文编号：2847527