特厚矩形坯连铸结晶器锥度的研究

摘要

结晶器是连铸机的核心部件。锥度是结晶器最重要的参数之一，它直接影响着结晶器的使用寿命和铸坯的质量。合适的倒锥度既能提高结晶器的冷却效果，防止漏钢事故的发生，还能够防止或减少纵向裂纹的产生，提高铸坯的质量。
　　本文运用数值模拟方法，利用有限元软件ANSYS，一方面模拟700mm×1500mm特厚矩形坯在结晶器内的凝固收缩，另一方面模拟了结晶器铜板的热变形，综合考虑铸坯的收缩和铜板变形确定了结晶器铜板的锥度。
　　首先，建立矩形坯在结晶器内的二维非稳态热力耦合数学模型，运用ANSYS软件，使用二维切片法对不同拉速和不同角部模型下铸坯的凝固收缩过程进行模拟，得到了不同拉速下铸坯温度场分布、坯壳生长情况和铸坯收缩状况，以及不同角部模型时铸坯角部温度场分布和收缩状况，以此作为特厚矩形坯结晶器铜板锥度设计的基础数据。
　　其次，建立矩形坯结晶器铜板的三维稳态热力耦合数学模型，运用ANSYS软件模拟不同拉速下铜板的温度场，得到不同拉速下铜板温度场分布，并运用温度场计算结果进行热力耦合计算，得到不同拉速下结晶器铜板的膨胀变形情况。也用此办法分析得出铜板角部在不同角部模型下的温度场和膨胀变形情况。
　　最后，依据铸坯在结晶器内的收缩变形规律，并结合结晶器铜板的热变形情况，得到不同拉速下和不同角部模型下结晶器铜板的理想锥度曲线。结果表明：矩形坯结晶器内腔宽面、窄面和角部均采用三锥度可较好的适应铸坯收缩。基于模拟结果给出了700mm×1500mm特厚矩形坯结晶器的参考设计锥度。本研究的方法和成果可以为特厚矩形坯连铸结晶器的设计提供参考。