考虑圆坯周向冷却均匀性的传热模型研究及应用

圆坯周向上冷却的均匀性对铸坯的质量有着重要影响,易引发纵裂纹、椭圆度等质量问题。基于此,特建立圆坯的径向和周向二维凝固传热模型,充分考虑其在圆周向上喷淋冷却的均匀性。利用喷嘴与圆坯间的几何映射关系,结合喷嘴冷态性能测试数据,推导并计算出沿圆坯周向上的水流密度分布。相比于板坯等平面喷淋,圆坯曲面喷淋沿周向上水流密度衰减更为急剧,喷淋的均匀性更不易控制。将模型应用于某大圆坯连铸机的凝固传热计算,考察了铸坯各二冷区末端周向上的冷却均匀性,其中一区最大温度偏差19℃,二区12℃,三区7℃,四区5℃。除此之外,计算了铸机保温罩设计对铸坯温度场的影响,相比于无保温罩,铸坯表面温度在保温罩出口区域提升了61℃,凝固终点向后推移了约1 m。