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《漏斗型結(jié)晶器漏斗形狀的設(shè)計.doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、漏斗型結(jié)晶器漏斗形狀的設(shè)計盛義平 趙靜一(燕山大學(xué))摘 要 分析了SMS漏斗型結(jié)晶器在使用中出現(xiàn)局部高溫、產(chǎn)生熱裂紋、壽命低的原因，提出了結(jié)晶器漏斗形狀的更為合理的設(shè)計要求和設(shè)計方法。關(guān)鍵詞 漏斗型結(jié)晶器 漏斗曲面 設(shè)計DESIGNOFFUNNEL-CURVEDSURFACEOFFUNNEL-SHAPEDMOLDSHENGYiping ZHAOJingyi(YanshanUniversity)ABSTRACT Thereasonsoflocaloverheating,thermalcrackingresultinginshorterlifeoffunnel-shapedmoldare
2、investigated.Themorereasonablerequirementsandmethodfordesigningfunnel-shapedmoldaresuggested.KEYWORDS funnel-shapedmold,funnel-curvedsurface,design1 前言 薄板坯連鑄具有節(jié)約能源、減少基建投資、降低生產(chǎn)成本、提高鋼材收得率等許多優(yōu)點(diǎn)，是國際上競相開發(fā)的重大新技術(shù)?！ ±酶邷嘏鳉さ目伤苄院湍淌湛s性開發(fā)的橫剖面形狀從上到下變化的漏斗型結(jié)晶器是薄板坯連鑄的關(guān)鍵技術(shù)之一。具有代表性的當(dāng)屬SMS漏斗型結(jié)晶器和DANIELI透鏡型結(jié)晶器，見圖1
3、?！ ∽儥M剖面結(jié)晶器形狀復(fù)雜，加工成本高，所以希望結(jié)晶器有較長的使用壽命。但是，薄板坯連鑄的高拉速加大了結(jié)晶器的熱負(fù)荷，再加上漏斗形狀設(shè)計得不盡合理，使結(jié)晶器的使用壽命還未達(dá)到其預(yù)期的壽命。DANIELI公司分析了SMS漏斗型結(jié)晶器后指出［1］，在結(jié)晶器的橫剖面上，在AB直線與BC直線的交點(diǎn)B處，鑄坯凝固殼與結(jié)晶器壁間存在著一個約0.6mm的間隙，DANIELI公司開發(fā)的透鏡型薄板坯結(jié)晶器在橫剖面上用一段光滑的曲線BC代替了SMS結(jié)晶器在相應(yīng)位置處的直線，使結(jié)晶器的整個橫剖面曲線光滑連接，B點(diǎn)處的間隙下降到0.06mm。Thomas等人亦分析研究了SMS結(jié)晶器［2］，發(fā)現(xiàn)SMS結(jié)晶器
4、的最高溫度比傳統(tǒng)的厚板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器的最高溫度高60～70℃；在結(jié)晶器的各個橫剖面上，最高溫度出現(xiàn)在漏斗區(qū)域的外彎處(漏斗的側(cè)邊緣)，最低溫度出現(xiàn)在漏斗區(qū)域的內(nèi)彎處(靠近鋼液的入口)；在結(jié)晶器的縱剖面上，最高溫度出現(xiàn)在彎月面處，然后隨離結(jié)晶器上口距離增大而下降，在漏斗的下邊緣處溫度突然升高，然后又繼續(xù)下降；在開澆和穩(wěn)定操作時，最高溫度處產(chǎn)生最大壓應(yīng)力，在更換浸入式水口時，鋼水液面下降至漏斗的底部以下，結(jié)晶器溫度下降到接近于室溫，最大壓應(yīng)力又變成了最大拉應(yīng)力，交變的熱負(fù)荷導(dǎo)致了在漏斗區(qū)域的側(cè)邊緣處產(chǎn)生裂紋，結(jié)晶器壽命只有原預(yù)計的40%［2，3］。圖1 SMS漏斗型(a)和DANIELI
5、透鏡型(b)結(jié)晶器的上口Fig.1 TheentriesofSMSfunnel-shapedmold(a)andDANIELIlens-shapedmold(b) 在SMS漏斗型結(jié)晶器中，彎月面處的初生坯殼沿拉坯方向在漏斗區(qū)內(nèi)運(yùn)行時，其橫向曲率從上到下逐漸減小，其類似于矯直過程。但當(dāng)坯殼途經(jīng)漏斗的邊緣進(jìn)入平面區(qū)域時，由于結(jié)晶器縱橫兩個方向上的剖面輪廓曲線均不光滑，將使坯殼曲率和運(yùn)動方向發(fā)生突變；又由于坯殼自身有一定的剛性，其蠕變變形需要一定時間，當(dāng)坯殼曲率的變化速率跟不上結(jié)晶器內(nèi)腔曲率的變化時，必將在該處與結(jié)晶器壁間產(chǎn)生間隙。由坯殼的粘—塑性行為可知，坯殼曲率和運(yùn)動方向的突變還將使
6、坯殼本身受到較大的彎曲(矯直)應(yīng)力?？梢韵胂?，拉坯速度愈高，產(chǎn)生的間隙將愈大。這就是SMS結(jié)晶器在漏斗的邊緣處出現(xiàn)局部最高溫度，產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致壽命降低的根本原因。所以，必須更為合理地設(shè)計結(jié)晶器的漏斗曲面形狀，只有當(dāng)結(jié)晶器漏斗曲面在縱橫兩個方向上的剖面輪廓曲線的曲率均連續(xù)變化時，才能滿足“鋼液在漏斗形部分形成的凝固殼在向下運(yùn)動(拉坯)至平行截面的過渡區(qū)域內(nèi)所受的彎曲(矯直)應(yīng)力應(yīng)最小”的條件［4］，也才能消除坯殼與結(jié)晶器壁間的間隙，消除局部過熱，提高結(jié)晶器的使用壽命。2 漏斗形狀的設(shè)計要求 (1)滿足安置浸入式水口的要求。這一要求是容易滿足的，只要結(jié)晶器的漏斗內(nèi)腔能允許浸入式水口插入
7、結(jié)晶器中鋼液一定的深度并與結(jié)晶器內(nèi)壁保持適當(dāng)?shù)拈g距就可以了。 (2)滿足坯殼凝固收縮的要求。要滿足這一要求，結(jié)晶器內(nèi)腔的橫剖面輪廓曲線的周長在拉坯方向的收縮率必須等于或小于坯殼的凝固收縮率，否則，在結(jié)晶器內(nèi)壁與坯殼之間，或者出現(xiàn)過大的間隙，增加傳熱熱阻；或者使拉坯阻力過大，甚至把坯殼拉斷。因此，必須對結(jié)晶器中鋼液的凝固收縮和結(jié)晶器的溫度場和熱變形進(jìn)行計算，合理地確定漏斗部分的錐度。文獻(xiàn)［5］認(rèn)為，結(jié)晶器開口度β≤10°?！ ?3)漏斗曲面在縱橫方向上的曲
