結晶器角部幾何特徵對連鑄坯角裂的影響機理

《結晶器角部幾何特徵對連鑄坯角裂的影響機理》是依託重慶大學，由陳登福擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：結晶器角部幾何特徵對連鑄坯角裂的影響機理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳登福
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

板坯連鑄角部橫裂紋是連鑄微合金鋼等的典型缺陷，消除難度較大。本項目擬建立結晶器角部不同幾何特徵下（直角、圓角、大倒角、多折線倒角等）鋼液、銅板和冷卻水的三維耦合傳熱數學模型；建立基於結晶器角部不同幾何特徵和結晶器振動狀態下的角部區域保護渣運動、摩擦力分布及角部鑄坯應力模型。獲得基於結晶器角部幾何特徵的精確的結晶器和二冷區鑄坯凝固傳熱、流動、應力模型的研究方法；明確結晶器幾何特徵、結晶器振動狀態對鑄坯角部溫度場、應力場的變化特徵，對鑄坯角部區域保護渣運動行為及摩擦力變化的影響規律，結晶器幾何特徵對二次冷卻鑄坯角部溫度應力的遺傳規律；構建結晶器角部幾何特徵與鑄坯角部橫裂紋的對應關係，明確角部橫裂生成和擴展的機理；確立合適的結晶器角部幾何特徵下合理的水縫結構、結晶器振動參數及二冷鑄坯角部冷卻模式等工藝與裝備參數，為最大程度減輕或消除鑄坯角部橫裂紋奠定理論和技術基礎。

結題摘要

角部橫裂紋是板坯微合金鋼連鑄生產中的典型缺陷，消除比較困難。而結晶器角部幾何特徵直接影響了鑄坯角部的傳熱行為，控制了應力分布，從而決定了角部橫裂紋產生的可能性。本項目通過構建結晶器角部不同幾何特徵下（直角、大倒角、多倒角和圓角）考慮鑄坯收縮的耦合鋼液、銅板和冷卻水的三維板坯結晶器流動傳熱模型，深入研究了結晶器角部幾何特徵對結晶器內流動、傳熱和凝固行為的影響機理。並額外進行了板坯倒角結晶器物理模擬研究，與數學模擬互相驗證。根據傳熱模型結果，計算獲得了結晶器內保護渣的分布，同時通過引入保護渣斷裂強度測試，補充修正了液渣運動模型和固渣受力模型，揭示了結晶器角部不同幾何特徵下鑄坯角部摩擦力的變化規律。並研究了不同結晶器振動方式和參數下鑄坯角部區域摩擦力的變化規律。基於結晶器傳熱和摩擦模型結果，建立了三維板坯結晶器應力應變模型和振痕微元模型，分析了結晶器角部幾何特徵對鑄坯應力分布及橫裂紋的影響規律。另外，測試了連鑄過程三種微合金鋼的高溫物理性能和兩種微合金鋼的高溫力學性能，為鑄坯角部溫度及應力分析研究提供依據。根據結晶器出口鑄坯溫度場，建立了二冷區鑄坯二維切片傳熱模型，明確了結晶器角部幾何特徵對二冷區鑄坯角部溫度的遺傳影響。繼而構建了彎曲和矯直段耦合鑄坯和輥子的應力模型，分析了彎曲和矯直過程中鑄坯角部應力的變化特徵，從而明確了結晶器角部幾何特徵對二冷區角部橫裂紋生成可能性的遺傳規律。基於上述研究，構建了結晶器角部幾何特徵與鑄坯角部橫裂紋的對應關係，確立了多倒角和圓角結晶器的水縫結構、結晶器非正弦振動參數及二冷鑄坯冷卻模式，為最大程度減輕或消除鑄坯角部橫裂紋奠定了一定的理論和技術基礎。