电工圆铝杆连铸结晶轮壁厚优化研究.doc

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1、电工圆铝杆连铸结晶轮壁厚优化研宄王亮2U煤田地质局一四一机械厂摘要：电工圆铝杆生产中结晶轮起着非常重要的作用，而热应力是结晶轮使用寿命的影响因素之一。在对电工圆铝杆连铸结晶轮进行壁厚优化吋，需基于有限元分析法，对结晶轮温度场进行热力耦合模拟分析，进一步结合结晶轮壁厚优化原理和方法，对电工圆铝杆连铸结晶轮壁厚进行优化。本文以四轮水平垂直式浇铸连铸机为例，主耍通过介绍电工圆铝杆连铸结晶轮的结构与功能，对其进行ANSYS热应力耦合模拟分析，科学对®9.5rmn电工圆铝杆连铸结晶轮壁厚进行优化。关键词：09.5酮;电工圆铝杆;结晶轮

2、;壁厚优化;0.前言结晶轮使用周期会对电工圆铝杆连铸连轧生产过程产生影响。正常条件下，结晶轮使用周期为2500t左右，但由于09.5mm电工閼铝杆在连铸、连轧生产过程屮,结晶轮整体本身及结晶腔表层所要承受的温度分别在300°C左右。因此，在较大温差的恶劣环境下工作，就会使其出现疲劳损伤、裂纹和变形等结构性缺陷，最终会严重影响®9.5mm电工圆铝杆连铸连轧生产工艺，主要表现为铸锭不合格、咬锭和夹锭及出锭不顺。1.①9.5mm电工圆铝杆连铸连轧结晶轮介绍结晶轮是09.5mm电工圆铝杆连铸连乳生产的重耍设备之一，为保证09.5mm

3、电工圆铝杆轧制质量，须严格遵循连续轧制秒流量相等原则。为了便于脱模，乳机要采用延伸孔型，粗乳首机架孔型宽高比不能过大，交界面圆滑过渡，不能有飞边，铸坯断面形状为梯形锭。通常考虑铝液凝固冷却方式和电工圆铝杆连铸工艺的连续性，结晶轮呈圆环状，其断而形状为“M”型。在驱动装置作用下，结晶轮与钢带共同形成结晶腔，连续旋转，以此实现对铸坯连续铸造。四轮水平垂直式浇铸连铸机由结晶轮和3个张紧轮组成，结构简洁、布局合理。但在铸造过程中，容易制造电工圆铝杆连铸结晶轮不仅需承受较大的铸坯摩檫力、旋转驱动力，且还要承受较高温度，从而会产生机械应

4、力和循环热应力，故结晶轮须具有较强的抗疲劳性和耐高温性及刚度和强度。2.基于ANSYSDX的09.5mm电工铝杆连铸连轧结晶轮热力耦合2.1构建ANSYSDX的09.5mm电工铝杆连铸连乳结晶轮热力耦合有限元模型在有限元模型构建前，首先需确认热分析属于非线性分析;其次，需对材料热传导系数、泊松比和弹性、模量及密度等参数进行定义。在此基础上，对网格要素科学设置，并合理划分网格，生成基于ANSYS分析的有限元模型。建立模型后，需结合连铸装配体具体形状，对电工圆铝杆连铸结晶轮有限元模型进行结构简化，将其划分为包括钢带、铜壁层和坯壳

5、层在内的单元。因电工圆铝杆连铸过程温度均匀、稳定。因此，可将这一连铸过程视为稳态传热过程。与此同时，将冷却水和坯壳层分别等效为喷淋水对流载荷及纯粹的温度载荷。在网格划分时，电工圆铝杆连铸结晶轮分别选择6面和4面体实体单元进行划分，最终共得到22375个实体单元和41021个网格节点。2.2对09.5mm电工圆铝杆连铸连乳结晶轮热力耦合温度场有限元加载和求解分别对有限元模拟分析过程中的温度和约束性条件进行分析确定，指定温度和约束性条件施加阶段选项，然后对09.5mm电工圆铝杆连铸连轧结晶轮热力耦合温度场有限元加载和求解。将09

6、.5mm电工圆铝杆连铸结晶轮其中一个侧面设定为约束面，结合电工圆铝杆连铸加工现场实际情况，利用型号为ST111513、温度范围在15(TC~130(TC、距离系数为75:1的红外线测温仪，对09.5mm电工圆铝杆连铸连乳结晶轮各点温度均值进行确定，并将温度均值作为载荷施加到ANSYS有限元模型中。通过在结晶轮中设置24个测点并循环测试，共得到24组温度值，循环测量精度为1°C，其中，温度max=700°C，温度min=150°C,温差达550°Co2.3对09.5mm电工151铝杆连铸连乳结晶轮热力耦合温度场分布求解在09.

7、5mm电工圆铝杆连铸连乳现场，内、外冷喷淋水无调节装置，结晶轮各个部位均匀冷却。为了减小结晶轮冷却时的应力变化，分别采用分段冷却方式和均匀冷却相结合的方式对结晶轮温度场/喷淋水对流加载情况、温度荷载等进行分析。3.09.5mm电工铝杆连铸连轧结晶轮壁厚优化通过有限元仿真模拟分析结果可知，在均匀冷却条件下，09.5mm电工圆铝杆连铸连轧结晶轮等效应变最大值、最小值分别为0.047102m和3.1946e-5m,等效应力最大值和最小值分别为5.1812e9Pa和3.514e6Pa,整体变形最大值和最小值分别为0.00948m和0

8、m，Y方向变形最大值和最小值分别为0.00610m和-0.000826m;在分段冷却条件下，®9.5mm电工圆铝杆连铸连乳结晶轮等效应变最大值和最小值分别为0.047147Pa和3.1159e5Pa,等效应力最人值和最小值分别为4.1862c9m和3.4275e6m,整体变形最大值和最小值