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板坯连铸结晶器铜板温度场和应力场的数值仿真

何宇明  
【摘要】:连铸技术是现代炼钢技术中最重要的一个组成部分,它具有生产率高,成材率高的特点。连铸技术的发展使得钢水的浇铸向连铸连轧发展,由于它减少了均热和开坯的工序,同时可以节约大量的能源。另外连铸对于改善钢坯的质量,减少钢中夹杂物的含量,提高产品质量都有重要的意义。结晶器是连铸生产中的一个重要环节,它是钢水由液体开始凝固、并逐步形成凝固壳的部位。全面的对结晶器内温度场和应力场进行研究,对于制定合理的浇铸温度、拉坯速度和冷却强度都有重要的意义。为延长结晶器的使用寿命、稳定连铸机的工作和保证铸坯的生产质量,必须对结晶器铜板的材质和结构进行合理设计以确保均匀的强化冷却。在影响结晶器铜板传热效果的众多因素之中,当铜板材质选定之后,冷却水槽结构参数最为重要;另外,拉坯速度对于结晶器铜板及铸坯温度场,也都具有较为显著的影响。应用数值仿真技术,可以方便地对各种冷却水槽结构参数和不同的拉坯速度条件下结晶器铜板及铸坯的传热特性进行研究,为结晶器铜板结构参数的优化设计提供必要的理论依据。针对重钢股份公司炼钢厂二号板坯连铸机结晶器铜板冷却结构的优化改造,对改造前后的铜板结构参数(即水槽分布、宽度和深度等)条件下结晶器铜板温度场和应力应变场进行了数值仿真研究,讨论了拉坯速度的影响,一般拉坯速度不同要求的冷却水量也不同,所以沿结晶器高度方向上的热流分布也会有所差异。 通常,拉坯速越大,冷却水量相应增加,且同一高度位置上结晶器热流也有一定程度的增大。故不同拉速下铜板温度和结晶器内铸坯温度有一定的差异。一般地拉速越大,温度越高。为便于比较,对结晶器内外弧宽面铜板和窄板温度场和应力应变场的模拟采用了3种不同的铜板冷却系统设计(即取不同的水槽分布、宽度和深度),计算了Q235和16MnR两种钢种分别在结晶器的断面尺寸为170×1400mm~2和240×1400mm~2及不同工况下的各种场量。利用计算结果,确定了铜板冷却系统的设计方案。


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