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薄板连铸坯的温度与应力状态的研究

陈登福  
【摘要】:簿板坯连铸是世界钢铁生产中正在开发的重大新技术,对其凝固过程中温度与应力状态的研究无疑具有十分重要的意义。本文在文献评述的基础上,建立了薄板坯连铸凝固过程中的温度模型和应力模型,计算了铸坯中的温度场和应力应变分布,获得了铸坯的二冷制度并对各种条件下凝固的铸坯中出现裂纹的可能性进行了预测,所得结果可用于指导薄板坯连铸生产和技术研究。 建立的薄板坯凝固热现象(温度)的数学模型属二维模型,模型中引入了修正的等效比热法,采用了变时间步长,首次考虑了薄板坯内外弧和铸坯横向上的冷却差别,从而使模型计算精确。第一次提出了连铸有效喷淋系数和有效比水量的概念,模拟优化计算获得了薄板坯(厚度60mm)合理的二冷制度,温度场及坯壳形貌等的变化规律。铸坯出坯温度高,断面温度均匀,这对薄板坯连铸连轧具有重要意义。 开拓建立了薄板坯连铸二维平面应变热弹塑性蠕变应力(TEPC)模型,给出了高温蠕变条件下铸坯的弹性区,塑性区和过渡区的应力应变本构关系并推导获得了相应的新的等效塑性应变增量的表达式,针对薄板坯的凝固特点,发展和宄善了其应力问题的有限元求解法,实现了薄板坯不同凝固时刻应力计算时单元和节点的自动编号。研究表明,采用变带宽压缩存储技术并使用[L][L_0] [L]法求解,计算速度快、占用内存少,使微机对大型应力问题的计算成为可能.首次引人加权系数处理坯壳过渡区的温度荷载以使计算更为精确。 使用TEPC模型计算得到了不同凝固阶段薄板坯中的裂纹形成指数,等效应力、第一主应力,第一主应变和表面位移等的变化规律。在国内外第一个用应力模型较系统地研究了夹辊错位或变形、拉坯和矫直对铸坯中应力应变状态及内裂形成的影响。并分析了凝固初期和凝固末期表温回升对凝固前沿裂纹形成指数的影响,比较了TEPC模型和TEP(热弹塑性)模型的计算结果。 研究指出,蠕变对铸坯中的应力应变状态具有较显著的影响。蠕变作用中温度的影响最显著,其次才是蠕变时间的影响。薄饭坯在高拉速下,二冷初期坯壳中产生裂纹的可能性较大,拉速较低时其可能性较小。凝固中期到凝固末期铸坯中产生裂纹的可能性小。二冷初期央辊错位或交形,二冷中前期过大的拉坯力和二冷区过大的矫直力对薄板坯的应力应变分布具有重要影响,是引起铸坯内裂的主要原因。 实验室实验及生产试验表明,铸坯的温度场与计算结果基本相符。实验事实验对铸坯的质量检验没有发现内裂存在。生产试验的铸坯的表面质量较好。某些炉次的内部质量也较好,基本上未出现内裂,这与模型的计算结果在(?)机的一些设备和操作参数较好的情况下坯壳中基本不产生内裂相符。个别炉次的薄板坯具有不同程


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