板坯连铸结晶器振动异常波形对铸坯等效应力及变形影响研究

作     者：刘俊 

作者单位：内蒙古科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任学平

授予年度：2021年

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

主      题：铸坯 结晶器 数据处理 异常振动 有限元 

摘      要：连铸结晶器是否正常运行直接影响到连铸机的生产效率,并且铸坯的质量也会受到影响。但是,在实际的生产过程中,由于各种自身因素和外部因素,使结晶器无法按照设定的理想振动曲线进行振动,导致出现异常振动状态。例如,结晶器沿垂直位移的方向发生转动,并且沿前后位移的方向发生摆动。这种异常的振动状态将对板坯的凝固,传热和变形过程中的应力产生不同程度的影响,并且可能会导致诸如板坯表面的振动痕迹和裂纹之类的缺陷,在严重的情况下可能会导致破裂。铸坯在铸型中的热和机械性能对连铸工艺有重要影响。近年来,对结晶器的传热规律的研究对于提高连铸的生产率非常重要及对铸坯的表面质量具有跨时代的意义。由于结晶器中钢水凝固和传热的复杂性,很难进行工业测试来了解铸坯的内部条件。因此,利用数值模拟研究模具的传热规律是一种有效的方法。本文以某板坯厂横截面为1600mm×67mm的结晶器为研究对象,基于理论计算,从铸坯的温度场和应力场为出发点,应用ANSYS与Solid Works等软件建立了结晶器、铸坯与冷却栅格装配的有限元模型,通过计算仿真得到结晶器的振动特性和异常振动行为信息。根据仿真结果对铸坯的应力场进行分析,得到异常振动对铸坯的应力变形影响。为了进一步分析异常振动对结晶器内铸坯的应力变形,通过控制变量法研究了不同拉坯速度下的结晶器振动特性可以得到:在高速拉伸过程中,结晶器振动台运动曲线偏离了正弦曲线,这将导致结晶器运动不平稳,铸坯破裂,最终发生漏钢等故障。因此,在对结晶器振动台进行检修和维护时,要找出结晶器振动台运动曲线偏离的原因和影响程度,来保证结晶器振动台的性能。通过对结晶器异常振动过程进行仿真,得到的应力场仿真结果表明:上下位移振动异常时,铸坯存在四个应力集中的位置,分别为冷却栅格角部、铸坯出口处角部。随着拉坯速度的增加,其等效应力随着增加。而等效应变的变化规律与之相同。前后位移摆动异常时,其变化规律与上下位移振动异常工况下相同,只不过增加的数值幅度小于上下位移振动异常工况。上下与前后位移振结合振动异常时,铸坯的等效应力及变形的变化规律与上下位移振动异常单独作用下变化规律一致,不同的是前者的应力和应变数值增大了些。因此,前后位移摆动异常时拉坯速度的增加对于铸坯等效应力及变形的影响幅度不如结晶器上下位移振动异常、结晶器上下与前后位移振动异常。