连铸板坯结晶器钢水凝固及摩擦力的研究

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随着现代连铸技术的发展,如何提高连铸效率已成为冶金工作者研究的首要任务。但是效率的提升势必会带来一系列的问题,尤其漏钢被认为是连铸过程中危害性最大的生产事故,不仅会使铸坯质量下降,严重的还会危害到人身安全。因此本文基于当前连铸结晶器传热和摩擦的理论,通过数值计算和有限元模拟等方法,对铸坯与结晶器间摩擦力对拉漏的影响进行研究,主要包括以下几方面:首先,使用ANSYS有限元软件建立了结晶器内钢水凝固传热和结晶器铜板传热分析的有限元模型,模拟了二者温度场的分布,并得到其特征部位的温度变化。通过改变拉坯速度,研究了连铸板坯和结晶器铜板的温度变化规律,为摩擦力的计算提供温度数据。其次,利用N-S方程和牛顿库仑定律计算了铸坯与结晶器间的摩擦力分布。得出了固体摩擦力的增加比液态摩擦力波动快的规律。同时更改浇铸温度,比较了不同浇铸温度下液体摩擦力的变化。最后,使用SolidWorks软件结合坯壳厚度分布建立了坯壳受力分析的有限元模型,分析了坯壳的受力状态。采用ANSYS软件中的接触算法将结晶器铜板假设为刚性体使之与坯壳接触,考虑了热应力、摩擦力、钢水静压力等情况,模拟计算了坯壳内的等效应力分布,并分析了其与临界应力之间的关系,为判断拉漏提供了理论依据。论文主要研究结论有:拉速对结晶器与铸坯间摩擦力的影响较大,在正弦振动的情况下,拉速从0.75m/min增加到1.25m/min,摩擦力会随之增加。随着拉速的增加,分别在弯月面附近和固液摩擦交替处依次出现坯壳表面应力超出临界应力的情况,导致拉漏的几率增大。在同等拉速下将浇铸温度从1538℃增至1552℃,摩擦力呈下降趋势,浇铸温度对摩擦力影响不大,但对于增加润滑长度起到有利作用。
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