方坯连铸结晶器三维热力耦合分析

作     者：王泽鹏 

作者单位：华北理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡宗英

授予年度：2018年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：三维传热 热力耦合 有限元分析 水垢 

摘      要：结晶器内初生坯壳的生长对铸坯对铸坯表面质量有很大影响,而结晶器的传热行为直接决定了钢业的初始凝固。研究结晶器的传热规律对改善铸坯质量起到了至关重要的作用。由于工业实验的局限性,无法直接获取结晶器的热流和温度分布等信息。因此,研究结晶器的传热规律对提高铸坯质量有重要指导意义。基于结晶器传热特点建立方坯连铸结晶器三维瞬态传热模型,连铸拉坯过程利用节点温度传递法模拟,采用ANSYS软件对模型进行分析。经过充分迭代得到结晶器三维稳态温度场,并与传统二维铸坯传热模型进行对比。通过动态边界条件加载技术实现铜壁冷面水垢厚度的连续变化,分析水垢对结晶器铜壁温度分布的影响。利用间接耦合的方法,将分析所得结晶器铜壁温度场作为温度载荷,求解铜壁的应力场。结果表明:在结晶器上口,三维传热模型分析结果与铜壁温度分布规律基本吻合,弯月面下50mm附近铜壁温度达到高峰;弯月面处水垢厚度由0.1mm增加到0.5mm时,铜壁最高温度由187℃升高至318℃,铜壁高温区域扩大,铜壁变形程度增加。铜壁面部应力分布较为均匀,在角部存在两个应力集中的位置,为铜管上口和距上口150mm处。以悬挂式安装的方坯连铸结晶器铜管在生产过程中,主要沿拉坯方向向下伸长,在结晶器下口位移最大。结晶器铜壁两侧变形规律基本一致,而铜壁面部中心伸长长度略大于角部。