9CrSi圓鋼 結(jié)晶器是連鑄設(shè)備中最重要的組成部分,被譽(yù)為連鑄設(shè)備的“心臟”,但是在結(jié)晶器的使用過程中,由于結(jié)晶器內(nèi)的鋼液溫度高且易產(chǎn)生回流,加上冷卻效果的邊角效應(yīng),結(jié)晶器9CrSi圓鋼,尤其是寬面?zhèn)鹊?CrSi圓鋼易出現(xiàn)溫度分布不均勻現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致局部應(yīng)力集中,影響結(jié)晶器的使用壽命。因此,提高結(jié)晶器9CrSi圓鋼的散熱和均溫能力是延長結(jié)晶器壽命和提高鑄坯質(zhì)量的有效途徑之一。本文利用數(shù)值模擬技術(shù),研究了不同類型結(jié)晶器9CrSi圓鋼熱面的溫度及應(yīng)力分布,并對較優(yōu)9CrSi圓鋼的冷卻系統(tǒng)展開了進(jìn)一步的研究和優(yōu)化。根據(jù)工廠提供的三種不同類型的結(jié)晶器9CrSi圓鋼,使用UG NX軟件建立相應(yīng)的三維模型,利用工廠實(shí)測的9CrSi圓鋼溫度采用反算擬合的方法確定結(jié)晶器9CrSi圓鋼熱面的熱流函數(shù),并將得到的函數(shù)應(yīng)用于計(jì)算中,將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比較,不斷修正得到準(zhǔn)確可用的熱流邊界條件。

基于傳熱數(shù)學(xué)模型及反算擬合得到的熱流邊界條件,利用ANSYS Workbench軟件完成了三種不同類型結(jié)晶器9CrSi圓鋼的熱-應(yīng)力耦合計(jì)算。根據(jù)9CrSi圓鋼冷卻水槽的截面形狀及布局的不同將三種9CrSi圓鋼分別命名為9CrSi圓鋼I,9CrSi圓鋼Ⅱ和9CrSi圓鋼Ⅲ。通過分析計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),三種9CrSi圓鋼的縱向溫度分布規(guī)律相近。相對于9CrSi圓鋼Ⅰ和Ⅱ,9CrSi圓鋼Ⅲ的縱向溫度分布較為均勻,橫向溫度分布的均勻性較差,相同位置處9CrSi圓鋼Ⅲ的溫度值低于9CrSi圓鋼Ⅰ和Ⅱ。三種類型9CrSi圓鋼應(yīng)力的分布和相應(yīng)9CrSi圓鋼溫度的分布規(guī)律基本一致,也是9CrSi圓鋼Ⅲ的應(yīng)力值較小,但在橫向分布上很不均勻。綜合來看,9CrSi圓鋼Ⅲ的溫度值和應(yīng)力值比9CrSi圓鋼Ⅰ和Ⅱ小,所以對9CrSi圓鋼Ⅲ的冷卻系統(tǒng)展開進(jìn)一步的研究,通過研究水槽的分布、寬度、深度及冷卻水的流速、溫度等因素對9CrSi圓鋼溫度分布的影響來提高9CrSi圓鋼Ⅲ的冷卻作用。計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)每組冷卻水槽由兩側(cè)兩條深水槽和中間五條淺水槽構(gòu)成時(shí),9CrSi圓鋼的橫向溫度分布較為均勻；增加水槽寬度至6mm時(shí)可以降低9CrSi圓鋼熱面及螺栓和水槽頂部的溫度,且不會(huì)造成9CrSi圓鋼中間部位溫度的回升；當(dāng)水槽深度設(shè)置為每組兩側(cè)深水槽深度23 mm,中央及中央右側(cè)兩條淺水槽深度18 mm,其余兩條淺水槽深度17 mm時(shí),9CrSi圓鋼的溫度降低且溫度分布的均勻性也有所提高；提高冷卻水流速可以降低9CrSi圓鋼的溫度值,但流速每增加1 m/s時(shí)9CrSi圓鋼熱面溫度的降低幅度并不均勻,流速提升至11 m/s時(shí)降溫較明顯且不會(huì)造成溫度分布不均勻,但改變冷卻水溫度對于9CrSi圓鋼溫度的降低和溫度分布均勻性的提高作用均不明顯。