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圆坯结晶器锥度优化

董亮  
【摘要】:基于圆坯的轴对称性,采用纵向切片法建立坯壳应力遗传热力耦合模型,利用ANSYS对结晶器内铸坯传热及应力进行数值模拟。对结晶器内Q195、Q215和37Mn5钢铸坯传热和应力进行了分析。研究了不同工艺参数对结晶器内坯壳表面温度、坯壳厚度和气隙分布规律的影响,分析了结晶器内坯壳生长规律与凝固定律之间存在的差异。通过结晶器冷却水流量、进出口水温差等生产数据对模型准确性进行了验证。对比了不同拉速、不同浇注温度对无锥度结晶器内铸坯收缩的影响。最后根据最小气隙原则对Q195和37Mn5钢结晶器锥度进行了多次优化。 研究结果表明:基于圆坯的轴对称性,建立的二维纵向切片热力耦合分析模型,能够对圆坯传热和应力进行准确的数值分析。以37Mn5钢为研究对象,对其进行了系统分析,得出了铸坯温度场、坯壳表面温度变化、坯壳厚度变化、热流密度变化、坯壳第一主应力、坯壳等效应力、坯壳与结晶器壁间的压力变化以及气隙分布。 不同钢种对结晶器锥度的要求不同,浇注Q215时要求的结晶器锥度最大,其次是Q195,要求最小的是37Mn5钢。拉速越快,浇注温度越高,坯壳表面温度越高、坯壳厚度越薄、热流密度越大。相比浇注温度,拉速对坯壳表面温度、厚度等影响更大。 相同工艺条件下浇注温度越低、拉速越低,结晶器内坯壳收缩越大。经过三次优化得出最终结晶器锥度优化曲线,Q195和37Mn5钢结晶器最终优化锥度分别为1.88%/m、0.77%/m。


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