Q345C宽厚坯连铸凝固过程数值模拟.pdf

内蒙古科技大学硕士学位论文























II
内蒙古科技大学硕士学位论文

摘要

随着宽厚坯连铸技术的不断发展进步,人们越来越重视对连铸坯质量的控制和研究,
国内外研究结果表明高效连铸技术对连铸过程中的铸坯质量的控制起着重要的作用。在连
铸实际生产中铸坯裂纹占连铸坯缺陷的一半以上,因此控制裂纹的产生和探寻裂纹缺陷的
产生机制就显得尤为重要。研究在凝固过程不同连铸工艺条件下,铸坯温度和应力变化,
可以给连铸工艺参数优化、防止裂纹产生和控制铸坯质量提供依据,为连铸技术的发展和
连铸生产率的提高服务。
论文以某钢厂 R9500 宽厚板坯连铸机为研究对象,利用有限元分析软件 ANSYS,建立
宽厚坯连铸凝固过程传热模型和弹塑性应力模型,对铸坯连铸结晶器、二冷区和空冷区凝
固过程进行数值模拟。模拟了宽厚坯凝固过程中的温度场和应力场分布情况,分析了不同
拉速、过热度和水量等连铸工艺参数对铸坯凝固过程的温度场和应力场分布的影响,通过
分析温度和应力的分布来探寻和防止裂纹的产生原因和提高铸坯质量。
计算结果表明:拉速对铸坯温度和应力分布影响很大,拉速增大,铸坯表面温度升高,
液相穴长度增大,坯壳厚度减小,凝固收缩减小,因收缩所产生的等效应力应变值减小;
过热度和冷却水量对铸坯温度和应力分布影响不大,过热度升高 10℃或水量增大 5% ,铸
坯表面温度变化不足 1%,铸坯应力应变和凝固收缩的变化量也小;铸坯厚度增大,出结晶
器时温度变化不大,出空冷区时由于凝固潜热的作用对铸坯温度分布和坯壳生长影响很大。
模拟模型中充分考虑了连铸生产工艺参数和实际生产条件,利用二维切片方法,以板坯
宽度和厚度横断面为分析模型,利用 ANSYS 对连铸过程温度场和应力场进行数值模拟的,
可以直接清楚的显示出铸坯凝固过程中各个位置点的温度分布、坯壳生长、坯壳收缩以及
坯壳应力分布的情况,计算结果比较准确,对实际生产中防止裂纹等缺陷的产生,连铸工
艺参数的调整具有一定的参考价值。





关键词:宽厚板坯;连铸;温度场;应力场
III
内蒙古科技大学硕士学位论文
Abstract
With the development of thick slab continuous casting technology, people pay more and more
attention to the control and research of continuous casting slab quality, the results showed that the
high efficient continuous casting technology plays an important role in the continuous casting
process of slab quality control. In the continuous casting slab crack are accounted for more than
half of defects in continuous casting billet, therefore it is important to control the crack and explore
crack mechanism. Study on the conditions of different solidification process in continuous casting
process, such as casting temperature and stress change, can be used for the parameter optimization
of continuous casting process, cracks prevention and the quality control of casting billet, which
provides the theory basis for the development of continuous casting technology and the
improvement of continuous productivity.
The paper takes a steel R9500 thick slab continuous casting m