連鑄小方坯熱應(yīng)力模型的研究

1、連鑄小方坯熱應(yīng)力模型的研究連鑄小方坯熱應(yīng)力模型的研究程常桂鄧康茅洪祥摘要建立了連鑄小方坯二維傳熱數(shù)學(xué)模型及熱彈塑應(yīng)力模型并用工廠實際數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證同時應(yīng)用該模型分析了影響連鑄小方坯熱裂紋的因素提出預(yù)防熱裂紋產(chǎn)生的措施。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞連鑄傳熱模型熱應(yīng)力模型StudyonThermalStressModelofContinuousCastBilletChengChangguiDengKangMaoHongxiang(ShanghaiUnive

2、rsity)(WuhanUniversityofScience&Technology)AbstractTwodimensionheattransfermodelthermalelasticplasticstressmodelofconcastbillethavebeenestablishedinthispaperwhichhavebeentestedwithpracticaldata.Thefactscausingthermalfrac

3、turesinbilletshavebeenanalyzedviathemodelstheprecautionsagainsttheoccurrenceoffractureshavebeenputfwardherein.Keywdscontinuouscastingheattransfermodelthermalstressmodel1前言前言自鋼鐵工業(yè)使用連鑄技術(shù)以來遇到了影響鑄坯質(zhì)量的各種缺陷有菱變、鼓肚、外部裂紋、內(nèi)部裂紋等這些缺

4、陷嚴(yán)重地影響了鑄坯質(zhì)量降低了生產(chǎn)效率提高了生產(chǎn)成本。據(jù)統(tǒng)計在各種缺陷中約50%為鑄坯裂紋［1］為了分析連鑄坯的裂紋成因必須探討其凝固過程及導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的應(yīng)力性質(zhì)和大小然后才能依據(jù)裂紋的成因機理提出預(yù)防裂紋產(chǎn)生的一系列措施。連鑄過程中鑄坯受到的應(yīng)力主要在機械應(yīng)力、鋼水靜壓力和熱應(yīng)力其中熱應(yīng)力較為復(fù)雜它不僅與結(jié)晶器冷卻水量、二冷區(qū)冷卻模式有關(guān)而且還受到鋼水過熱度、拉速等工藝因素的影響這種熱應(yīng)力常常是導(dǎo)致小方坯產(chǎn)生中間裂紋的主要因素。因此研究

5、小方坯的熱應(yīng)力模型具有非常重要的意義。2模型的建立模型的建立連鑄小方坯內(nèi)熱應(yīng)力主要因連鑄坯內(nèi)溫度場不均勻引起的因此首先建立溫度場模型再在溫度場模型的基礎(chǔ)上建立熱彈塑應(yīng)力模型分析連鑄坯內(nèi)部的應(yīng)力分布。2.12.1傳熱模型的建立傳熱模型的建立由于研究的鑄坯為小方坯其斷面溫度場近似中心對稱因此只對八分之一斷面進(jìn)行溫度場計算如圖1所示。在一系列假定的基礎(chǔ)上根據(jù)T——溫度℃Tsur——鑄坯表面溫度℃Ta——環(huán)境溫度℃A、B——常數(shù)ΔxΔy——空間

6、步長cmσ——波爾茲曼常數(shù)傳熱模型中各參數(shù)取為:(1)鑄坯導(dǎo)熱系數(shù)取為溫度的函數(shù)據(jù)文獻(xiàn)［2～4］鋼的導(dǎo)熱系數(shù)選定為:k(T)=(2)鑄坯密度依據(jù)鑄坯固相、粘稠、液相區(qū)分別取為:7.6、7.4、7.0gcm3。(3)液相線溫度和固相線溫度分別取為:Tl=1490℃TS=1398℃。(4)考慮凝固潛熱的影響凝固潛熱Lf為:259.0Jg比熱在不同溫度區(qū)間取為不同值:T＜Ts:Cs=0.711J(g.℃)T＞Tl:Cl=0.878J(g.℃)

7、Ts≤T≤Tl:(5)鑄坯向外界輻射傳熱的黑度系數(shù)ε取為0.8。利用有限差分方法對上述傳熱方程求解即可得到小方坯的溫度場分布。2.22.2應(yīng)力模型的建立應(yīng)力模型的建立在建立應(yīng)力模型過程中作出如下假定:(1)忽略蠕變的影響考慮到鋼在高溫下極易發(fā)生塑性變形采用熱、彈、塑應(yīng)力模型對鑄坯凝固殼熱應(yīng)力進(jìn)行分析；(2)鑄坯因熱應(yīng)力作用變形較小假定材料滿足小變形理論［5］；(3)假定鑄坯斷面處于平面應(yīng)力狀態(tài)；(4)假定鑄坯的高溫力學(xué)性能是溫度的函數(shù)［