第10卷第6期 2010年12月
过程工程学报
The Chinese Journal of Process Engincering
316不锈钢连铸工艺参数对结晶器内坏壳厚度影响模拟
邢淑清，白亮"，麻永林1，李慧琴，冯臣1
Vol.10 No.6 Dec. 2010
(1.内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头0140102.东北大学轧制技术与连轧自动化国家重点实验室，辽宁沈阳110004）摘要：为研究连铸过程中拉速及过热度对凝固传热的影响，采用商业有限元软件ANSYS，对316不锈钢板坏厚度生长情况进行了模拟。采用2-D模型，分别计算了拉速为0.4,0.5,0.6m/min及过热度为30,40,50C时坏壳出口温度、坏壳厚度及表面温度的变化，探讨了坏壳生长及厚度变化规律，结果表明，拉速从0.4~0.6m/min变化，坏壳出口温度升高83℃、坏壳的出口厚度平均减薄3.2mm、表面温度随拉速提高而升高；过热度从30~50℃变化，还壳出口温度
升高20℃、表面温度平均升高20C、坏壳的出口厚度平均减薄1.35mm 关键词：模拟；连铸：温度场：坏壳厚度
中图分类号：TG142.7 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009606X(2010)06116305
拉速及过热度对坏壳生长、出口温度及表面温度变化的影响规律
微固传热在整个连铸过程中贯穿始终，其中散出的热量包括铸坏液相区内的过热、两相区内的结晶潜热和固相区内的显热，由于这种放热是伴随着相变进行的，所以连铸传热比一般传热问题要复杂。
钢水在冷却相变的过程中体积收缩，产生气，使得结晶器内的传热更加复杂，国内外的学者对此做了大量研究工作，Meng等在利用一维瞬态有限差分法、二维稳态传热模型及三维流场分析中考了气隙、保护渣层质量动量平衡及振痕对坏壳生长的影响，对热流变化及其影响进行了较为全面的研究；Park等国)、Thomas 等3通过分析结晶器铜板的热力学特性，研究了不均匀传热对坏壳生长的影响：王恩刚等用凝固传热数学模型模拟了气隙对凝固行为的影响，主要考虑对角部传热的影响，蔡少武等[3研究了结晶器内钢水凝固传热及弹塑性应力有限元模型，考虑了气隙的影响，对坏壳凝固收缩变形过程进行数值模拟；蔡开科等16.7]对结晶器内钢水的凝固收缩状况进行了深入的研究，但这些研究主要着眼于凝固收缩规律及其影响，对气的处理也只简化为加一个补偿系数，没有更深入系统的研究气隙产生的重要原因，即凝固相变过程中8铁素体含量变化对凝固收缩的影响，从而直接影响坏壳生长
邢淑清等(*在对结晶器内钢水凝固过程中6铁素体含量变化对气隙的影响作了充分研究的基础上，应用有限元软件计算了拉坏速度分别为0.4.0.5，0.6m/min及过热度分别为30，40，50C时的坏壳厚度、出口温度及表面温度，分析了316不锈钢板坏在结晶器内凝固时，
2模型建立
2.1建模的几点假设和简化
(1)忽略结晶器振动对凝固传热的影响；(2)金属材料是各向同性的；(3)模拟过程中拉速稳定，结晶器内坏壳厚度及温度场处于稳定状态：(4)认为结晶器内钢水散热只在水平方向上进行：钢减顶部辐射散热和由板坏向下传热的热量占总热量的3%~6%，故可以将钢水散热近似为水平方向散热
2.2计算的几何模型及传热方程
计算采用二维模型，板坏宽度为1200mm，厚度为 200mm，高为结晶器高度700mm，取板坏宽面横截面中心的1/2作为研究对象，如图1所示，单元采用平面四边形单元，单元大小为5mm，建立二维非稳态模型，
图1截面位置示意图
Fig-1 Schematic diagram of section location
收稿日期：2010-08-19，修回日期：201011-21
基金项目：国家自然科学基金资助项日(编号：51044002)：国际科技合作项目（编号：2010DFB70630)：
内蒙古自治区高等学校科学研究项目(编号：NJexy08070)：内蒙古自治区科技计划项日(编号：20090905)
作者简介：那报清(1971-)，女，内蒙古呼和治特市人，硕士，副教授，主要研究方向为材料加工数值模拟及组织性能研究：E-mail:xingsbuqing312@163.com 万方数据