考虑圆坯周向冷却均匀性的传热模型研究及应用
发布时间：2021-07-03 01:00
圆坯周向上冷却的均匀性对铸坯的质量有着重要影响,易引发纵裂纹、椭圆度等质量问题。基于此,特建立圆坯的径向和周向二维凝固传热模型,充分考虑其在圆周向上喷淋冷却的均匀性。利用喷嘴与圆坯间的几何映射关系,结合喷嘴冷态性能测试数据,推导并计算出沿圆坯周向上的水流密度分布。相比于板坯等平面喷淋,圆坯曲面喷淋沿周向上水流密度衰减更为急剧,喷淋的均匀性更不易控制。将模型应用于某大圆坯连铸机的凝固传热计算,考察了铸坯各二冷区末端周向上的冷却均匀性,其中一区最大温度偏差19℃,二区12℃,三区7℃,四区5℃。除此之外,计算了铸机保温罩设计对铸坯温度场的影响,相比于无保温罩,铸坯表面温度在保温罩出口区域提升了61℃,凝固终点向后推移了约1 m。
【文章来源】：工业加热. 2020,49(11)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
圆坯周向水流密度分布修正示意图
依据式(13)的转换关系，利用已有喷嘴水流密度分布特性即可获得相对应的不同圆周位置θ处的水流密度分布。图2为假定平面上水流密度分布完全均匀情况下，水流密度沿圆周上的分布情况。从图2中发现，对于圆坯来说，相对水流密度在喷嘴正下方更大，而沿周向角度的衰减也较平面更为剧烈，即圆坯的冷却均匀性更加难以保证。在获得单个喷嘴水流密度沿周向分布之后，利用喷淋水流的叠加，即可获得整个圆周方向上多个喷嘴的分布情况。对某一冷却区而言，由于前后排喷嘴间存在交叉错位，还需将该区多排喷嘴水流密度进一步叠加求分布，最终获得整个区水流密度沿周向上的分布，将该分布数据表格加载到式(7)中计算即可。
圆坯周向冷却的均匀性对圆坯坯壳的均匀生长意义重大。倘若铸机喷淋冷却设计不合理，有些区域持续高强度喷淋，有些区域又得不到相应的冷却，则很容易产生热应力，引起铸坯纵裂纹的产生或扩展。基于周向水流密度的分布情况，本研究对各二冷区末端铸坯表面温度的周向分布进行模拟计算，结果如图3所示。从图3中发现，沿周向方向，铸坯温度呈周期性波动，其中在45°角的整数倍附近，铸坯的表面温度均较低。分析原因，与喷嘴的周期性布置有关，在0°，90°，180°，270°上方布置有喷嘴，对应该区域下方铸坯的冷却强度自然更强，而在45°角附近同样有较强的冷却，则主要由于该区域为喷淋的交叉区域，冷却强度反而得到了增强有关系。同时，由于前后排喷嘴间的错位布置，使得45°，135°，225°，315°角位置同样能位于喷嘴的正下方，得到较强的冷却。对比不同冷却区，发现随着拉坯的进行，铸坯的表面温度在逐渐的降低，同时在周向上的温度差异也逐渐在减小，一区最大差异为19℃，二区最大差异为12℃，三区最大差异为7℃，四区末端只有5℃。分析其原因，与各冷却区冷水强度逐渐降低有关，一区冷却强度最大，意味着喷淋冷却带来的差异体现更加显著。但总得来说，该圆坯铸机沿周向上的温度偏差不大，冷却均匀性控制得不错，这得益于铸机较好的喷嘴选型及合理的喷嘴错位布置。
【参考文献】：
期刊论文
[1]连铸圆坯凝固传热过程的数值模拟[J]. 李慧春,兰晔峰,张保林. 热加工工艺. 2008(09)
[2]Mathematical model of solidification for round CC billets[J]. Yonglin Li1), Pei Zhao2), Guoguang Cheng1), Shengtao Qiu2), and Jianping Zhang3) 1) Metallurgical and Ecological Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) National Engineering and Research Center for Continuous Casting Technology, Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081, China 3) Technology Center, Ma’anshan Iron & Steel Co. Ltd, Ma’anshan 243000, China. Journal of University of Science and Technology Beijing（English Edition）. 2005(05)
[3]连铸圆坯内部裂纹的控制[J]. 林泽斌,贾宁波,彭可雕. 四川冶金. 2004(04)
[4]我国无缝钢管生产的发展(中)[J]. 殷国茂,张之奇. 钢管. 2001(02)
博士论文
[1]板坯连铸动态二冷与轻压下建模及控制的研究[D]. 郭亮亮.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]圆坯连铸凝固传热模拟及工艺研究[D]. 胡文兵.东北大学 2014
本文编号：3261539
【文章来源】：工业加热. 2020,49(11)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
圆坯周向水流密度分布修正示意图
依据式(13)的转换关系，利用已有喷嘴水流密度分布特性即可获得相对应的不同圆周位置θ处的水流密度分布。图2为假定平面上水流密度分布完全均匀情况下，水流密度沿圆周上的分布情况。从图2中发现，对于圆坯来说，相对水流密度在喷嘴正下方更大，而沿周向角度的衰减也较平面更为剧烈，即圆坯的冷却均匀性更加难以保证。在获得单个喷嘴水流密度沿周向分布之后，利用喷淋水流的叠加，即可获得整个圆周方向上多个喷嘴的分布情况。对某一冷却区而言，由于前后排喷嘴间存在交叉错位，还需将该区多排喷嘴水流密度进一步叠加求分布，最终获得整个区水流密度沿周向上的分布，将该分布数据表格加载到式(7)中计算即可。
圆坯周向冷却的均匀性对圆坯坯壳的均匀生长意义重大。倘若铸机喷淋冷却设计不合理，有些区域持续高强度喷淋，有些区域又得不到相应的冷却，则很容易产生热应力，引起铸坯纵裂纹的产生或扩展。基于周向水流密度的分布情况，本研究对各二冷区末端铸坯表面温度的周向分布进行模拟计算，结果如图3所示。从图3中发现，沿周向方向，铸坯温度呈周期性波动，其中在45°角的整数倍附近，铸坯的表面温度均较低。分析原因，与喷嘴的周期性布置有关，在0°，90°，180°，270°上方布置有喷嘴，对应该区域下方铸坯的冷却强度自然更强，而在45°角附近同样有较强的冷却，则主要由于该区域为喷淋的交叉区域，冷却强度反而得到了增强有关系。同时，由于前后排喷嘴间的错位布置，使得45°，135°，225°，315°角位置同样能位于喷嘴的正下方，得到较强的冷却。对比不同冷却区，发现随着拉坯的进行，铸坯的表面温度在逐渐的降低，同时在周向上的温度差异也逐渐在减小，一区最大差异为19℃，二区最大差异为12℃，三区最大差异为7℃，四区末端只有5℃。分析其原因，与各冷却区冷水强度逐渐降低有关，一区冷却强度最大，意味着喷淋冷却带来的差异体现更加显著。但总得来说，该圆坯铸机沿周向上的温度偏差不大，冷却均匀性控制得不错，这得益于铸机较好的喷嘴选型及合理的喷嘴错位布置。
【参考文献】：
期刊论文
[1]连铸圆坯凝固传热过程的数值模拟[J]. 李慧春,兰晔峰,张保林. 热加工工艺. 2008(09)
[2]Mathematical model of solidification for round CC billets[J]. Yonglin Li1), Pei Zhao2), Guoguang Cheng1), Shengtao Qiu2), and Jianping Zhang3) 1) Metallurgical and Ecological Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) National Engineering and Research Center for Continuous Casting Technology, Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081, China 3) Technology Center, Ma’anshan Iron & Steel Co. Ltd, Ma’anshan 243000, China. Journal of University of Science and Technology Beijing（English Edition）. 2005(05)
[3]连铸圆坯内部裂纹的控制[J]. 林泽斌,贾宁波,彭可雕. 四川冶金. 2004(04)
[4]我国无缝钢管生产的发展(中)[J]. 殷国茂,张之奇. 钢管. 2001(02)
博士论文
[1]板坯连铸动态二冷与轻压下建模及控制的研究[D]. 郭亮亮.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]圆坯连铸凝固传热模拟及工艺研究[D]. 胡文兵.东北大学 2014
本文编号：3261539
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3261539.html
