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《1997中国钢铁年会论文集(下)》1997年
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对弧形小方坯结晶器的研究

余益生  张德臣  王树达  吴秀娥  
【摘要】:对半径5.25 m,11 5~136 mm方形断面,结晶器长度700 mm,铜壁厚度10 mm的弧形铜管结晶器进行了研究。通过有限元计算、热光弹试验和实际测定的研究表明,弧形小方坯结晶器的温度场、应力场和变形在内弧壁和外弧壁是不同的,不象简化为直结晶器的数学模型描述那样简单,内弧面铜壁温度和热应力纵向分布存在两次峰值,第一次峰值在液面约100mm处,第二次峰值在距下口约150 mm处。下部再次出现峰值标志着小方坯弧形结晶器出口处铸坯与内弧壁紧密地接触。产生这种现象的内因是由于钢凝固中收缩,使铸坯弧形半径减小,弯曲度增大,而结晶器铜壁受热膨胀,弯曲度减小造成弯曲度不吻合,弧形半径越小,这种影响越明显。外因是拉坯时存在指向内弧方向的水平分力,足辊位置和振动轨迹是否正确与此也有关系。结晶器出口处铜壁温度迅速降低,主要是端部被强制冷却所致。测定表明,热面最高温度125℃,低于铜的再结晶温度,冷面最高温度低于水的沸腾温度,这证明现有设备和工艺参数,在正常条件下是可行的。四壁热面温度存在不均匀现象,最大相差20℃,角部温度比壁面温度低20~40℃,计算表明,横截面有轻微的菱形变形。结晶器热变形使下口向内弧方向移动0.23 mm。计算所得的铜壁上最大热应力值为66 MPa,低于该材料的屈服极限。热变形处于弹性变形的范围。但是,结晶器上的应力状况和影响因素十分复杂,如设备不良或操作不稳定,综合的有效应力有可能超过屈服极限,造成铜壁永久变形,生产中不可掉以轻心。对结晶器使用后的情况照相和测定发现,下部尺寸扩大以内弧侧最严重,距出口约200 mm区域有镀层脱落,有的碎片嵌入铜基体后被施出,铜壁上留下深的刻痕,出口边沿有2~4 mm高的金属飞边。下口尺寸扩大超过允许范围是造成结晶器报废的主要原因。目前结晶器镀层材质和厚度需进一步改进,上部可以减薄,下部内弧侧应增厚。在优化设计方面应继续研究,寻求设计出能够有合理气隙宽度分布和冷却强度的结晶器。
【作者单位】:鞍山钢铁学院 鞍山钢铁学院 鞍山钢铁学院 鞍山钢铁学院
【分类号】:TF341.6

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