津西h型鋼凝固過程溫度場和應力場模擬研究_第1頁
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文檔簡介

1、2007年爐外精煉年會論文集2192007年7月LadleRefining2007AnnualMeetingProceedingsJuly.2007津西H型鋼凝固過程溫度場和應力場模擬研究楊景軍1)韋士來2)1)北京科技大學冶金與生態(tài)工程學院,北京1000832)河北津西鋼鐵股份有限公司,唐山063006摘要采用數值模擬的方法對津西鋼鐵公司煉鋼廠H型鋼連鑄過程中的溫度場、應力場進行模擬研究,分析H型鋼腹板裂紋產生的主要原因,并對二次冷卻

2、區(qū)的冷卻方案進行改進。在腹板表面中心區(qū),矯直點溫度正好處在Q235b的塑性最低點,同時該位置的熱應變也很大,因此在矯直力作用下該位置容易出現(xiàn)裂紋;為避免腹板表面裂紋產生,可將二冷三段分成兩個部分,前半部分維持原有水流密度,自三段后半部分至五段切斷腹板表面噴水,讓腹板自然冷卻。關鍵詞關鍵詞數值模擬;裂紋;二次冷卻1引言隨著連鑄技術的快速發(fā)展,鑄坯質量始終是不可忽視的重要方面。眾所周知連鑄凝固過程的傳熱行為對連鑄坯質量保證有著極其重要的作用

3、。根據不同的鑄機特點,鑄坯坯型均要采取特定的冷卻制度保證連鑄坯的無缺陷化和連鑄生產高效順行[1]。津西鋼鐵公司是我國大規(guī)格H型鋼的主要生產廠家。自從2006年5月投產以來,有時出現(xiàn)鑄坯腹板裂紋,影響了鑄坯的合格率,考慮到有關這方面的研究較少,為此本文采用數值模擬的方法對河北津西鋼鐵股份有限公司煉鋼廠異型坯凝固過程進行模擬,深入分析了連鑄過程中腹板裂紋形成的原因,優(yōu)化津西H型鋼的連鑄生產中的相關工藝參數。這方面的研究工作對津西鋼廠H型鋼質

4、量改進具有較大的現(xiàn)實意義。2數學模型的建立2.1裂紋的特征H型鋼產生的腹板裂紋如下圖所示:2.2溫度場數學模型熱過程和凝固過程模擬的主要任務是對給定過程參數和設備參數下連鑄溫度場進行模擬,預測鑄坯溫度場和凝固坯殼厚度,同時發(fā)現(xiàn)連鑄過程在傳熱中存在的問題。該過程二維非穩(wěn)態(tài)熱傳輸方程為:))(())(()(yTkyxTTkxtTH????????????…..(1)在結晶器上表面,假設鋼水溫度與中間包澆注溫度(OT)相等,也即0?t時,0T

5、T?。結晶器內邊界條件屬于第二類邊界條件,表達式為q=a-bt式中a為經驗常數,b是結晶器冷卻水量、冷卻水溫差、鑄坯結構尺寸等參數的函數。在二冷區(qū),邊界結點熱流通量與邊界溫度成線性關系,即??????TThqwf式中wT為鑄坯表面溫度;?T為冷卻水溫度;fh為鑄坯與水之間的給熱系數,這里取0.451581fhw???10.0075wT?,其中w為水速,該值可由冷卻水量、冷卻水溫等參數計算得到。在空冷區(qū),以輻射傳熱為主,輻射傳熱熱流密度采

6、用四次方定律。上述連鑄過程數學模型基于下列假設:鑄坯兩相區(qū)和液芯對流傳熱靠增大鋼液導熱系數4倍進行考慮;)(TK)(TH)(T?僅隨溫度變化;忽略結晶器振動、結晶器錐度和凝固偏析的影響;忽略彎月面的影響;視彎月面處熔融金屬的溫度為澆注溫度。2.3應力場數學模型連鑄應力過程數學模型可以預測鑄坯坯殼內的應力和應變分布,為所生產的連鑄坯質量,尤其是鑄坯裂紋的產生提供非常重要的數據。本文采用二維瞬態(tài)熱彈塑性方程進行模擬計算。計算過程中考慮了鋼水

7、靜壓力對凝固坯殼的影響;采用vonMises屈服準則來計算鋼的July.20072007年爐外精煉年會論文集?221?圖2鑄坯上特殊點位置的溫度歷程2計算溫度與實測溫度比較測溫位置鑄坯測溫點計算溫度(℃)實測溫度(℃)絕對誤差相對誤差(%)腹板表面851829212.53翼緣表面中心810780303.85二冷出口處(距離結晶器液面10.06米對應圖1中616秒)窄面表面中心994975191.95腹板表面中心808780283.59R

8、角963935282.99翼緣表面中心73273530.041號矯直機前(距離結晶器液面16.19米對應圖1中991秒)窄面表面中心954885697.8R角90390410.11翼緣表面中心703690131.882號拉矯后(距離結晶器液面19.64米對應圖1中1202秒)窄面89689510.11表面中心R角836850141.65翼緣表面中心6696501924號拉矯后(距離結晶器液面24.39米對應圖1中1493秒)窄面表面中心

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