倒角结晶器铜板传热过程数值仿真
Numerical Simulation on Heat Transfer Process of Chamfered Mold Copper Plate
铸坯的角部横裂纹一直是困扰冶金工作者的重大难题,而倒角结晶器技术可以有效解决此问题.在倒角结晶器研究过程中,偏离角纵裂、结晶器寿命及倒角面水孔结垢是限制倒角结晶器发展的三大重要问题,而这三大问题都与倒角结晶器铜板的传热过程密不可分.本文以钢铁研究总院开发的倒角结晶器为研究对象,建立了倒角结晶器传热过程有限元模型,模拟研究了直角结晶器和不同类型倒角结晶器的传热,倒角结晶器倾角的优化设计和倒角结晶器的实际传热特性,获得了以下主要结论:倒角结晶器相比直角结晶器角部温度得到大幅度提高,角部温度大约提高60℃,而三种不同类型倒角结晶器中,2孔1槽型倒角结晶器窄面铜板冷却效果最好,3孔和3孔1槽型倒角结晶器窄面铜板冷却效果相对较差.随倒角角度的增大,倒角面的最高温度也随之增大,并且倒角面的最高温度随倒角角度基本呈线性变化,对于3孔1槽型倒角结晶器,倒角角度由22°增大到45°时,倒角面的最高温度由275℃增大到342℃,倒角角度每增大1°倒角面的最高温度大约升高2.9℃;对于2孔1槽型倒角结晶器,倒角角度由22°增大到45°时,倒角面的最高温度由271℃增大到338℃,倒角角度每增大1.倒角面的最高温度也大约升高2.9℃.随着倒角角度的增大,倒角结晶器热面最高温度不断升高,镀层耐磨性将会减弱,同时铜板周向温度不均匀性也会增大,导致偏离角纵裂的发生几率越大.六种不同类型的倒角结晶器,倒角面水孔壁和水槽壁的最高温度小于130℃,均不会发生水核沸腾,但倒角角度越大越容易结垢.距弯月面0~300mm,倒角结晶器窄面横向温度分布呈W型,和直角结晶器倒U型温度分布有很大差别;距弯月面300~800mm,角部温度迅速降低,温度分布呈倒U型,和直角结晶器温度分布一致,而宽面温度分布近似呈"弓"型,这和直角结晶器分布一样,角部温度较低,中间温度较高.
- 作者：
- 任飞飞
- 学位授予单位：
- 钢铁研究总院
- 专业名称：
- 钢铁冶金
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 张慧；王明林
- 中图分类号：
- TF341.6
- 关键词：
- 倒角结晶器；传热；铜板温度场；热流分布；数值模拟
- chamfered mold; heat transfer; copper temperature field; heat flux; numerical simulation;