150 mm×150 mm方坯连铸结晶器腔形设计

摘要

连铸的关键技术是使钢液能够在通过结晶器内腔的短时间内形成一层均匀具有一定厚度和强度的坯壳，以抵抗钢液静压力，防止漏钢情况发生。目前，结晶器已经由直面结晶器演变成曲面结晶器，连铸结晶器的本质特征是具有优化的连续锥度曲线。但是因为实际条件复杂，干扰要素繁多，还没有包含诸多主要影响因素的结晶器锥度曲线的设计计算式。通过对结晶器内铸坯和铜管的模拟，得出铸坯的凝固规律和铜管的变形规律，以此为依据对结晶器内腔横截面形状进行设计，并对纵向锥度进行修正以符合铸坯的收缩规律，进而提出结晶器内腔设计方法。
　　以Q195钢种浇铸150mm×150mm的方坯为研究对象，分别在不同的拉坯速度下，应用有限单元法进行求解。一方面模拟铸坯在结晶器中的冷却凝固收缩，另一方面对结晶器的变形进行模拟，结合两项模拟结果设计结晶器的横截面腔形曲面以及纵向锥度。
　　建立结晶器内铸坯有限元模型，运用二维切片法对结晶器中铸坯的凝固过程进行模拟计算，得到不同拉速下铸坯的温度分布规律和铸坯坯壳的收缩规律。
　　建立结晶器的铜管三维稳态有限元模型，模拟出不同拉速下铜管温度场，转换热单元为结构单元，建立铜板变形的有限元模型，将热分析的结果作为初始条件添加到结晶器铜板的模型上，分析铜板的变形。
　　结合铸坯的收缩以及结晶器铜管的变形，设计新式结晶器的内腔形状。结晶器的横截面采用变性渐开线的曲线形状以适应铸坯角部收缩快于表面中心而产生的变形；在结晶器的纵向方向，在横截面由曲面变为直面的过程中加入一个修正锥度使结晶器更好的适应铸坯的收缩。

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第1章 绪 论

1.1 现代连铸国内外发展现状

1.2 结晶器发展现状

1.3 方坯结晶器内坯壳的形成过程分析

1.4 课题的研究内容与目的

第2章 方坯结晶器凝固传热机理及结构参数分析

2.1 方坯结晶器内铸坯的传热机理

2.2 方坯结晶器内钢液凝固传热过程

2.3 方坯结晶器的基本参数

2.4 铸坯凝固传热模型计算方法的确定

2.5本章小结

第3章 方坯凝固过程温度场和应力场的数学模型

3.1 铸坯凝固收缩的数学模型

3.2 铜管的数学模型

3.3本章小结

第4章 方坯及铜管温度场和变形的模拟结果与分析

4.1 铸坯温度场和变形

4.2 结晶器铜管温度场和变形

4.3 本章小结

第5章 方坯结晶器腔形的设计

5.1 方坯结晶器腔形的设计原则

5.2 方坯结晶器横截面曲线的研究

5.3 方坯结晶器横截面形状的设计

5.4150 mm×150 mm方坯结晶器内腔的设计

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢