بخشی از مقاله
چکیده
قالب مسی یکی اصلی ترین اجزای ریخته گری پیوسته فولاد می باشد. پدیده های فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی که در منطقه نزدیک منیسک رخ می دهند نقش مهمی در کیفیت سطحی شمش دارند. این پدیده ها شامل روانکاری سطح قالب و شمش، ایجاد منیسک و تشکیل نوع خاصی از سل گالوانیک می باشند. روش معمول روانکاری سطح قالب ریخته گری پیوسته توسط پودرهای قالب - در منطقه نزدیک منیسک - است. با توجه به نظریه ساختار یونی مذاب سرباره متالورژیکی، می توان گفت که فاز سرباره مذاب از پودر قالب، یک مایع یونی است. مایع یونی بین دو فلز اتفاق می افتد: دیواره مسی از قالب و سطح فولاد شمش می توانند یک نوع خاص از سل گالوانیک در قسمت بالایی قالب - منطقه ی نزدیک منیسک قالب - ایجاد کنند. بر اساس پارامترهای خنک کنندگی قالب مسی، مدل محاسبه سه بعدی ایجاد شد و توزیع سه بعدی درجه حرارت، تنش و کرنش حرارتی به صورت عددی با استفاده از روش المان محدود - FEM - شبیه سازی شده و حداکثر تغییر شکل قالب مسی، بالاترین دما و تنش حرارتی بدست آمد. علاوه بر این، تأثیر پودر با قلیائیت های مختلف بر خصوصیات علامت های ناشی از نوسان قالب بر روی سطح شمش در نظر گرفته شد.
-1 مقدمه
قالب بخش اصلی از ریخته گری پیوسته است. اثر انتقال حرارت قالب به طور مستقیم بر فرایند تولید ریخته گری پیوسته و کیفیت داخلی شمش ها تاثیر می گذارد. در فرایند خنک کنندگی، قالب نه تنها گرما را از فولاد مذاب منتقل می کند، بلکه از فشار فرواستاتیکی فولاد مذاب و اصطکاک و غیره نیز پشتیبانی می کند. صفحه مسی قالب - تحت عنوان قالب مسی - تحت شرایط بسیار بدی که شامل درجه حرارت بالا، اصطکاک بین شمش و قالب، تنش های مکانیکی و حرارتی و فشار آب خنک کننده کار می کند. برای ساخت قالبی که به درستی کار کند، ساختار قالب و مواد قالب مسی باید مناسب باشد. به عنوان مثال، برای اینکه فولاد مذاب به طور موثری خنک شود،قالب مسی باید با سطح اسلب کاملا تماس داشته باشد و بین آنها نباید فاصله ایجاد شود. این نیاز به قالب مناسب دارد و باید بدرستی طراحی شود و در طراحی شیب قالب باید میزان تغییر شکل قالب مسی را در نظر بگیرد.
فشار آب خنک کننده بسیار زیاد است، بنابراین تغییر شکل حرارتی قالب مسی نباید بیش از اندازه کافی زیاد باشد که منجر به نشت آب شود. قالب مسی باید مقاومت بالایی در برابر سایش داشته باشد. سطح داخلی قالب توسط حرارت شمش گرم می شود، و سطح بیرونی توسط آب خنک کننده خنک می شود، طراحی باید طوری باشد که اختلاف دما باعث تنش و تغییر شکل حرارتی نشود. هنگامی که ساختار قالب مانند سایز، شیب قالب در حال طراحی هستند، تغییر شکل و تنش حرارتی باید مورد توجه ویژه قرار گیرند.
یانگ و همکاران تعدادی از مطالعات انجام شده در مورد انتقال حرارت سه بعدی بر روی قالب مسی ریخته گری پیوسته اسلب را انجام داده اند .[1] فنگ و همکاران میدان حرارتی را بر روی قالب مسی ریخته گری پیوسته به روش المان محدود - FEM - شبیه سازی کرده اند .[2] لیو و زو تحقیقاتی در مورد تجزیه و تحلیل رفتار الاستو-پلاستیکی حرارتی قالب ریخته گری پیوسته انجام دادند .[3] وانگ و همکاران شیب قالب را در ریخته گری با سرعت بالای بیلت فولاد را بهینه سازی کرد.[4] لانگ و پنگ تغییر شکل حرارتی قالب مسی را با استفاده از روش FEM تحلیل کردند.[5] در این مقاله، با استفاده از روش اتصال انتقال حرارت قالب با تنش/کرنش و تغییر شکل، میدان دما، تنش/کرنش و تغییر شکل حرارتی قالب مسی در طی فرآیند ریخته گری پیوسته با استفاده از روش FEM با موفقیت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
-2 مدل و پارامترهای محاسبه شده
-1-2 مدل المان محدود
قبل از مدل سازی، بعضی از مفروضات بدون ایجاد خطای بزرگ در محاسبه انجام می شود. -1 تاثیر تلاطم فولاد مذاب بر روی قالب مسی در نزدیکی منیسک را نادیده بگیرید.
-2 تاثیر نوسان قالب بر روی قالب مسی را نادیده بگیرید.
-3 در نظر بگیرید که تماس بین قالب مسی و صفحه پشتی نزدیک بهم است. لذا تأثیر اتصالات بر روی مس قابل چشم پوشی است.
-4 در نظر بگیرید که قالب مس دارای خواص ایزوتروپیک است.
از آنجا که توزیع در درز آب متقارن است، نیمی از ناحیه مقطع عرضی بین دو پیچ به عنوان محاسبات محسوب می شود. مش مورد استفاده در شبیه سازی FE ، در شکل - 1 - نشان داده شده است.
مش قالب مسی.
-2-2 ناحیه منیسک در یک قالب
اصطلاح "منطقه منیسک" به قسمت بالای قالب در سطح فولاد مذاب - شکل - 2 نامیده می شود. پارامترهای هندسی منیسک - شعاع و ارتفاع آنعمدتاً - بر روند ایجاد یک لایه جامد در سطح شمش و در عین حال یکسان بودن کیفیت در سطوح تاثیر می گذارد.
