方坯连铸结晶器三维热力耦合分析

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1、中图分类号：TF777.3论文编号：2017302120UDC：密级：公开硕士学位论文方坯连铸结晶器三维热力耦合分析作者姓名：王泽鹏学科名称：冶金工程研究方向：凝固理论与铸坯质量分析学习单位：华北理工大学学制:2.5年提交日期:2017年12月4日申请学位类别：工学硕士导师姓名：蔡宗英副教授单位：华北理工大学冶金与能源学院论文评阅人：匿名单位：匿名单位：论文答辩日期：2018年3月3日答辩委员会主席：朱立光教授关键词：三维传热；热力耦合；有限元分析；水垢唐山华北理工大学2018年3月TheAnalysisofBilletContinousCastingMoldin3-DT

2、hermo-mechanicalCouplingDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinEngineeringbyWangZepeng(MetallurgicalEngineering)Supervisor:CaiZongyingMarch,2018独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文

3、中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：2018年3月7日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：□自授予学位

4、之日起□自年月日起者签名：导师签名：签字日期：2018年3月7日签字日期：2018年3月7日摘要结晶器内初生坯壳的生长对铸坯对铸坯表面质量有很大影响，而结晶器的传热行为直接决定了钢业的初始凝固。研究结晶器的传热规律对改善铸坯质量起到了至关重要的作用。由于工业实验的局限性，无法直接获取结晶器的热流和温度分布等信息。因此，研究结晶器的传热规律对提高铸坯质量有重要指导意义。基于结晶器传热特点建立方坯连铸结晶器三维瞬态传热模型，连铸拉坯过程利用节点温度传递法模拟，采用ANSYS软件对模型进行分析。经过充分迭代得到结晶器三维稳态温度场，并与传统二维铸坯传热模型进行对比。通过动态边界

5、条件加载技术实现铜壁冷面水垢厚度的连续变化，分析水垢对结晶器铜壁温度分布的影响。利用间接耦合的方法，将分析所得结晶器铜壁温度场作为温度载荷，求解铜壁的应力场。结果表明：在结晶器上口，三维传热模型分析结果与铜壁温度分布规律基本吻合，弯月面下50mm附近铜壁温度达到高峰；弯月面处水垢厚度由0.1mm增加到0.5mm时，铜壁最高温度由187℃升高至318℃，铜壁高温区域扩大，铜壁变形程度增加。铜壁面部应力分布较为均匀，在角部存在两个应力集中的位置，为铜管上口和距上口150mm处。以悬挂式安装的方坯连铸结晶器铜管在生产过程中，主要沿拉坯方向向下伸长，在结晶器下口位移最大。结晶器铜

6、壁两侧变形规律基本一致，而铜壁面部中心伸长长度略大于角部。图36幅；表7个；参71篇。关键词：三维传热；热力耦合；有限元分析；水垢分类号：TF777.3-I-AbstractThegrowthofshellinmoldhasagreatinfluenceonthesurfacequalityofbillet,andthecrystallizationheattransferbehaviordirectlydeterminestheinitialsolidificationofsteel.Thestudyoftheheattransferlawofthecrystalliz

7、erplaysanimportantroleinimprovingthequalityofthecastingbillet.Becauseofthelimitationsofindustrialexperiments,theheatflowandtemperaturedistributionofthecrystallizercannotbeobtaineddirectly.Therefore,itisofgreatsignificancetostudytheheattransferlawofthecrystallizertoi