連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量研究及溫度應(yīng)力場數(shù)值模擬.pdf

1、隨著高效連鑄的發(fā)展,提高連鑄坯產(chǎn)量和質(zhì)量成為連鑄生產(chǎn)中研究的主要問題之一.連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量包括鑄坯潔凈度、氣體含量、元素偏析和內(nèi)裂紋等.多年來,人們對鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的研究主要通過各種試驗、檢測手段以及數(shù)值模擬技術(shù)完成.該文針對超低頭連鑄板坯和DF鋼連鑄小方坯的內(nèi)部質(zhì)量,結(jié)合南京鋼鐵股份有限公司的實際,進行了系統(tǒng)的檢測分析.主要研究了連鑄坯內(nèi)部夾雜物的類型、數(shù)量、分布及來源,確定了提高連鑄坯潔凈度的方法,同時指出板坯中心裂紋產(chǎn)生的原因;對小方

2、坯的凝固傳熱和應(yīng)力分布建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,并進行了有限單元分析,初步探討了結(jié)晶器角部錐度設(shè)計的新方法.通過對連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的研究確定,連鑄坯內(nèi)部夾雜物以脫氧產(chǎn)物和二次氧化產(chǎn)物為主,鋼水的二次氧化是夾雜物的主要來源;為提高鋼水的潔凈度,必須優(yōu)化吹氬處理操作,充分利用LF爐的精煉功能;為確保鋼水進入結(jié)晶器前的潔凈度,必須優(yōu)化中間包的內(nèi)部結(jié)構(gòu),改善鋼水在中間包內(nèi)的流動狀態(tài),提高中間包去除夾雜物的能力,均勻各流鑄坯間的質(zhì)量;由于超低頭連鑄板坯

3、受連鑄機機型的限制,鑄坯中夾雜物含量較高,在連鑄機維護狀況不好的情況下,易產(chǎn)生中心裂紋.在小方坯生產(chǎn)中,小方坯偏角部缺陷是主要缺陷之一,其產(chǎn)生的主要原因是鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)冷卻不均勻,造成小方坯偏角部形成熱節(jié)區(qū),該區(qū)域為裂紋敏感區(qū),它的存在大大地限制了拉速的提高.為均勻小方坯在結(jié)晶器內(nèi)的冷卻,改進結(jié)晶器錐度和內(nèi)部形狀成為結(jié)晶器設(shè)計中關(guān)注的問題.該文采用FORTRAN語言為編程工具,自行開發(fā)了使用有限單元法進行連鑄坯溫度場和應(yīng)力場數(shù)值模擬的程

4、序(TSFEM),并使用該程序?qū)π》脚髂踢^程的溫度和應(yīng)力場進行了有限單元模擬分析.結(jié)果表明,小方坯的溫度和應(yīng)力分布主要受鑄坯角部氣隙的影響,氣隙是偏角部熱節(jié)區(qū)形成的主要原因;氣隙厚度是影響鑄坯與結(jié)晶器間傳熱的主要因素,控制氣隙厚度,即可改善鑄坯角部傳熱,均勻鑄坯偏角部的溫度和應(yīng)力分布,減少應(yīng)力集中;因為氣隙厚度在幾個毫米范圍內(nèi)變化,所以只要在很小的范圍內(nèi)調(diào)整結(jié)晶器角部的錐度,即可控制偏角部熱節(jié)區(qū)的形成.在此基礎(chǔ)上,提出了結(jié)晶器角部錐度