三维有限元模型揭示冷却结构对连铸铜板热变形的关键影响

本文主要探讨了冷却结构对连铸结晶器铜板热变形的影响，针对板坯连铸结晶器的三维有限元热弹塑性结构进行了深入研究。研究者通过建立详细的模型，分析了冷却结构和热力载荷如何共同作用于铜板，揭示了其热面变形的行为规律。 首先，研究发现冷却结构的几何参数对铜板的变形起着关键作用。特别是在铜镍分界处，变形呈现出显著的突变现象，表明这一区域的温度梯度和应力分布对整体变形有着特殊的影响。热面中心线的变形特性也显示出明显的特点：宽面的最大变形发生在弯月面下方100mm的位置，而窄面的最大变形则位于弯月面和冷却水槽的终端。在铜镍分界两侧，变形曲线的曲率波动明显，这暗示着冷却效果在此区域可能不均匀，可能导致局部应力集中。 其次，文章指出铜板厚度的变化对其热变形有直接的影响。增加铜板厚度5mm会导致最大中心线变形增加0.05mm，说明材料的厚度对变形具有显著的放大效应。然而，镍层对中心线变形的影响相对较小，即使厚度改变1mm，窄面的最大变形只会下降0.01mm，说明镍层的热导率和弹性模量可能使变形响应较为平缓。冷却水槽对中心线变形的影响也不大，但深度增加2mm会导致最大中心线变形减少0.02mm，说明水槽的设计优化对减小热变形是有效的。 这项研究为连铸结晶器的设计提供了重要的指导，强调了冷却结构优化在控制铜板热变形中的必要性和方法。通过精确的热分析和有限元模拟，研究人员可以更好地理解和预测结晶器铜板的热行为，从而实现更高效、稳定和高质量的连铸过程。这对于提高连铸生产效率和产品质量具有实际意义。