9CrSi圆钢 结晶器是连铸设备中最重要的组成部分,被誉为连铸设备的“心脏”,但是在结晶器的使用过程中,由于结晶器内的钢液温度高且易产生回流,加上冷却效果的边角效应,结晶器9CrSi圆钢,尤其是宽面侧的9CrSi圆钢易出现温度分布不均匀现象,进而导致局部应力集中,影响结晶器的使用寿命。因此,提高结晶器9CrSi圆钢的散热和均温能力是延长结晶器寿命和提高铸坯质量的有效途径之一。本文利用数值模拟技术,研究了不同类型结晶器9CrSi圆钢热面的温度及应力分布,并对较优9CrSi圆钢的冷却系统展开了进一步的研究和优化。根据工厂提供的三种不同类型的结晶器9CrSi圆钢,使用UG NX软件建立相应的三维模型,利用工厂实测的9CrSi圆钢温度采用反算拟合的方法确定结晶器9CrSi圆钢热面的热流函数,并将得到的函数应用于计算中,将计算结果与实测结果进行比较,不断修正得到准确可用的热流边界条件。

基于传热数学模型及反算拟合得到的热流边界条件,利用ANSYS Workbench软件完成了三种不同类型结晶器9CrSi圆钢的热-应力耦合计算。根据9CrSi圆钢冷却水槽的截面形状及布局的不同将三种9CrSi圆钢分别命名为9CrSi圆钢I,9CrSi圆钢Ⅱ和9CrSi圆钢Ⅲ。通过分析计算结果发现,三种9CrSi圆钢的纵向温度分布规律相近。相对于9CrSi圆钢Ⅰ和Ⅱ,9CrSi圆钢Ⅲ的纵向温度分布较为均匀,横向温度分布的均匀性较差,相同位置处9CrSi圆钢Ⅲ的温度值低于9CrSi圆钢Ⅰ和Ⅱ。三种类型9CrSi圆钢应力的分布和相应9CrSi圆钢温度的分布规律基本一致,也是9CrSi圆钢Ⅲ的应力值较小,但在横向分布上很不均匀。综合来看,9CrSi圆钢Ⅲ的温度值和应力值比9CrSi圆钢Ⅰ和Ⅱ小,所以对9CrSi圆钢Ⅲ的冷却系统展开进一步的研究,通过研究水槽的分布、宽度、深度及冷却水的流速、温度等因素对9CrSi圆钢温度分布的影响来提高9CrSi圆钢Ⅲ的冷却作用。计算结果表明,当每组冷却水槽由两侧两条深水槽和中间五条浅水槽构成时,9CrSi圆钢的横向温度分布较为均匀；增加水槽宽度至6mm时可以降低9CrSi圆钢热面及螺栓和水槽顶部的温度,且不会造成9CrSi圆钢中间部位温度的回升；当水槽深度设置为每组两侧深水槽深度23 mm,中央及中央右侧两条浅水槽深度18 mm,其余两条浅水槽深度17 mm时,9CrSi圆钢的温度降低且温度分布的均匀性也有所提高；提高冷却水流速可以降低9CrSi圆钢的温度值,但流速每增加1 m/s时9CrSi圆钢热面温度的降低幅度并不均匀,流速提升至11 m/s时降温较明显且不会造成温度分布不均匀,但改变冷却水温度对于9CrSi圆钢温度的降低和温度分布均匀性的提高作用均不明显。