连铸板坯窄面纵向凹陷有限元分析.pdf

《冶金自动化)2006年增刊(S2) 连铸板坯窄面纵向凹陷有限元分析 吉守龙，白小振 (上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海201900) [摘要]分析了连铸板坯窄面纵向凹陷产生的主要原因：结晶器锥度过大对坯壳产生挤压；不合理的二次冷却 使坯壳局部过度收缩。定性分析了结晶器锥度对窄面凹陷的影响，并定量分析了}．0m／min拉速下二次冷却效 果以及相同冷却强度不同拉速对凹陷的影响。 [关键词】板坯连铸；凹陷；结晶器锥度；--次冷却 O前言 度的收缩。板坯宽度较厚度大许多，其线收缩也 连铸极大地提高了钢铁行业的生产率，显著 比较大，而窄面线收缩的幅度较小，故锥度只考虑 改善了产品的质量。然而，连铸也存在着各种质 宽面收缩的影响，只设置窄面锥度。设置锥度是 量上的缺陷，主要是表面与皮下缺陷和形状缺陷。 为了补偿铸坯收缩产生的气隙，改善结晶器的传 连铸板坯窄面凹陷属于形状缺陷。凹陷较深(超 热效率。由于铸坯角部在结晶器内是二维传热， 过10mm)时会在凹陷处产生表面裂纹；凹陷较浅 冷却速度较快，较早收缩而形成气隙，角部凝固壳 (3—8 厚度增长变缓，温度变高。如果窄面锥度过小，宽 mm)时则在凹陷处产生内裂纹。有关凹陷 缺陷的文献报道也有不少[1-2】，但这些研究大都面线收缩和钢水静压力使刚性的角部向宽面发生 通过生产试验的方式优化生产工艺来消除凹陷， 转动，角部作为支点而在宽面偏角处形成偏离角 需要丰富的实际生产经验，并没有进行深入的机 纵向凹陷[4]，窄面在钢水静压力的作用下被压向 理仿真研究。某不锈钢厂连铸生产中出现了窄面 结晶器，最终在出结晶器后形成鼓肚；如果窄面锥 纵向凹陷的形状缺陷，本研究针对该厂生产实际 度过大，则窄面传热效果较好，冷却强度较大，窄 中遇到的问题，分析了窄面纵向凹陷的形成机理， 面向内线收缩也大，致使刚性的角部向窄面转动 并建立板坯弹塑性有限元分析模型，对造成该形 而有形成窄面纵向凹陷的趋势。如图1所示，在 状缺陷的各种工艺因素进行了较深入的仿真研 钢水静压力的作用下，b点处的坯壳将有向结晶 究，对实际生产具有一定的指导意义。 器壁靠近的趋势。如果结晶器的锥度过大，对坯 1窄面凹陷原因分析 壳产生挤压，这样将形成以窄面中部(a点)为支 引起铸坯质量缺陷的原因有很多，实际生产 点的梁，这个梁有向内弯曲的趋势。同时，由于坯 中往往选取若干主要因素进行控制，以期用最经 壳与结晶器能够保持较长时间的接触，传热效果 济的措施尽可能地改善铸坯的质量。钢水过热 较好，凝固坯壳厚度较大，硬度也较大。因而结晶 度、结晶器锥度、二冷制度以及拉坯速度等工艺因 器锥度过大或者过小都对铸坯形状有影响，应合 素在很大程度上决定了铸坯的质量。针对所生产 的钢种，通过研究对这些工艺因素不断地进行优 化，铸坯的质量会得到逐步改善。板坯窄面凹陷 也要通过分析优化这些工艺因素，以减小或者消 除。板坯窄面凹陷的主要原因是[3]：结晶器锥度 过大；--次冷却不合理。 1．1结晶器锥度的影响 在钢水凝固的过程中，凝固坯壳会有一定程 图1角部收缩 [收祷日期]2006-03-ol；[修改稿收到日期]2(106-06-10 [作者简介]吉守龙(1981．)。男，湖北枣阳人。硕士研究生，研究方向为计算机过程控制。 ·70· 《冶金自动恸2006年增刊(s2) 理设置结晶器锥度。 建立三维坐标系。模型模拟铸坯在结晶器弯月面 1