連鑄結晶器內板坯和小方坯凝固規(guī)律研究及結晶器設計.pdf

1、在連鑄過程中經(jīng)常形成裂紋和凹陷等表面缺陷。研究表明，連鑄坯的表面缺陷大多形成于結晶器內，而氣隙的產生與不均勻分布則直接引起了初生坯殼的不均勻生長，由此產生熱應力集中，最終引起表面裂紋的出現(xiàn)。凝固過程中高溫相變引起的線收縮對于氣隙的形成有很大影響，因此有必要研究其對結晶器內溫度場與應力分布的影響。在實際連鑄過程和模擬計算中，結晶器偏角部位置存在一個溫度較高的熱點區(qū)域，此處坯殼表面溫度最高，坯殼最薄，容易出現(xiàn)凹陷及裂紋，需要在結晶器設計方面

2、加以考慮。
　　針對以上問題，本文通過對某鋼廠提供的完整Q345B板坯及HRB400E小方坯漏鋼坯殼的測量研究并將坯殼周期性生長規(guī)律與高溫相轉變影響因素整合到傳熱模型中，建立了板坯及小方坯的熱力耦合數(shù)學模型。利用商業(yè)模擬軟件ANSYS，計算了不同拉速、過熱度以及δ鐵素體轉變量下Q345B板坯結晶器內溫度場與應力場分布。根據(jù)實際生產工藝對HRB400E小方坯結晶器內溫度場與應力場進行了模擬計算。針對偏角部熱點區(qū)凹陷的問題，結合建立的

3、結晶器內熱力耦合模型，分別對三種不同橫向曲面設計結晶器的溫度場與應力場分布進行了計算。
　　計算結果表明：在Q345B板坯連鑄過程中，沿拉坯方向，在距彎月面200mm處開始坯殼表面溫度、坯殼厚度均呈現(xiàn)周期性波動。拉速、過熱度以及δ鐵素體轉變量對于結晶器內坯殼溫度場與應力場分布均有較大影響。研究控制高溫凝固過程中δ鐵素體轉變，并適當提高拉速以及降低鋼水過熱度能夠在一定程度上減小坯殼表面溫度、坯殼厚度以及應力波動，降低鑄坯發(fā)生橫向及縱

4、向裂紋風險，并有利于減小坯殼偏角部凹陷發(fā)生。而在HRB400E小方坯的連鑄過程中，結晶器內沿拉坯方向距彎月面110 mm處開始鑄坯表面溫度開始呈現(xiàn)周期性分布。坯殼表面橫向溫度最高點位于偏角部20mm處并且沿拉坯方向位置固定。小方坯角部坯殼表面溫度與應力分布不均勻程度均高于中心區(qū)域，較容易產生裂紋等缺陷。將模擬的坯殼厚度與實測坯殼厚度進行了比較，模擬值與實測坯殼厚度分布規(guī)律一致，驗證了模型的可靠性。
　　通過對三種橫向曲面設計結晶器