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特大方坯连铸结晶器锥度研究

郭雪峰  
【摘要】:随着现代工业的发展,亟需一些大断面尺寸的钢材来满足基础建设的需求。在连铸过程中,结晶器是连铸机的核心部件,特大方坯连铸对结晶器的要求很高,而锥度作为结晶器最重要的设计参数之一,其设计合理性直接关系到结晶器的寿命和铸坯的质量,合适的倒锥度不仅能提高结晶器的冷却效果,减少漏钢事故的发生,而且还有助于防止和减少纵向裂纹的产生。 以往的结晶器锥度设计主要依据铸坯的收缩规律。本文运用数值模拟方法,利用有限元分析软件ANSYS,一方面模拟700mm×700mm特大方坯在结晶器内的凝固收缩,一方面模拟结晶器的变形,综合铸坯的收缩和结晶器的变形得到结晶器铜板的锥度,以期为以后特大方坯结晶器相关技术的深入研究提供一定的理论参考。 首先,建立结晶器内铸坯二维非稳态热力耦合有限元模型,运用二维切片法对不同拉速下铸坯的凝固过程进行模拟计算,得到铸坯温度分布,坯壳生长情况和铸坯收缩状况,并以此作为结晶器锥度设计的基础数据。 其次,建立结晶器铜板三维稳态温度场有限元模型,模拟计算不同拉速下铜板的温度场,转换热单元为结构单元,建立铜板变形模型,运用温度场结果进行热力耦合计算,得到不同拉速下结晶器铜板的应力分布和总变形。 最后,依据铸坯的收缩规律,并结合结晶器铜板的变形,得到不同拉速下结晶器铜板的锥度。结果表明,特大方坯结晶器铜板内壁中部采用三锥度,角部采用双锥度能很好的适应铸坯收缩。


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