小方坯凝固传热数值模拟及验证

为控制帘线钢82A连铸小方坯铸坯质量,建立小方坯凝固过程二维非稳态传热数学模型,计算得到连铸过程铸坯的温度场以及液相穴长度,讨论了比水量和拉速对铸坯的温度场以及固相率分布的影响,并通过现场射钉试验对模拟结果进行验证,误差范围在±4%以内。模拟结果表明,当比水量一定时,拉速越大,铸坯中心温度降温越滞后;拉速一定时,比水量越大凝固终点越提前,当在拉速1.3 m·min-1,比水量0.3 L·kg-1时,凝固终点为12.84 m。模型能够较好地预测凝固末端位置并为凝固末端电磁搅拌提供指导。     

大方坯轴承钢GCr15凝固传热数值模拟

以某钢厂断面尺寸为280 mm×320 mm大方坯轴承钢GCr15为研究对象,借助ProCAST软件,建立了二维大方坯凝固传热模型,研究了拉速、比水量、过热度等工艺参数对铸坯凝固过程的影响,同时通过对铸坯中心固相率的研究,确定了与末端电磁搅拌位置、轻压下区间相匹配的最优拉速。结果表明,拉速的变化对铸坯中心固相率、凝固终点位置的影响最大,比水量的影响较大,过热度的影响最小;拉速每增加0.1 m/min,凝固终点平均增加1.97 m,二冷比水量每增加0.1 L/Kg,凝固终点平均减小0.82 m,过热度每增加10 ℃,凝固终点平均增加0.27 m。最佳拉速为0.85 m/min,此拉速下末端电磁搅拌位置和轻压下区间与铸坯合理的中心固相率相匹配。     

连铸方坯直轧输送过程中温度场的数值模拟

连铸直接轧制工艺顺利进行的核心因素是连铸坯的温度,为解决连铸直轧过程铸坯温度和速度的衔接问题,采用ANSYS软件模拟了从结晶器弯月面到轧机前整个过程中铸坯的温度变化和坯壳厚度,并在此基础上分析了不同拉速、浇铸温度及比水量等工艺参数对铸坯温度、坯壳厚度、凝固终点位置的影响规律。模拟结果表明,拉速为2.8 m/min、浇铸温度为1 550 ℃、比水量为1.4 L/kg的工艺条件下,且铸坯到达轧机前平均温度保持在900 ℃以上,可以满足直接轧制工艺要求。这有利于连铸与轧制两个工序的顺利衔接,为钢厂连铸车间的改造提供一定的理论指导。     

连铸坯凝固末端电磁搅拌位置及连铸工艺优化

为了预测180 mm×220 mm轴承钢方坯的凝固末端位置,对国内某厂方坯连铸机开展射钉试验,并基于Thercast模拟仿真研究了连铸工艺参数(过热度、冷却强度、拉速)对凝固末端位置的研究。结果表明,在过热度20 ℃、拉速0.85 m/min下,180 mm×220 mm轴承钢方坯的凝固终点距离弯月面11.39 m,而末端电磁搅拌位置在11.40 m,无法充分发挥末端电磁搅拌的作用。根据射钉试验、Thercast仿真结果、设备条件、生产节奏等因素对连铸工艺进行了优化,适当降低结晶器水和足辊水量,保持其他参数不变。连铸坯低倍质量表明,工艺优化前铸坯中心存在疏松缩孔,工艺优化后中心疏松为1级、中心偏析为0级,满足质量要求。此外,通过9点法检验了工艺优化后的铸坯碳极差,其值不高于0.12%,满足质量要求。     

连铸大方坯凝固终点的影响因素

建立了大方坯传热的数学模型,并通过现场射钉实验校正了数学模型,通过数学模型确定了凝固终点位置,并研究了过热度、拉速及二冷比水量等工艺参数对大方坯凝固终点位置的影响。研究结果表明,过热度对铸坯的凝固终点长度、液相的终点长度和固液两相区的长度影响较小,之间呈正比例线性关系;拉坯速度对其影响非常显著,之间呈正比例线性关系;二冷比水量对其影响比较显著,之间呈反比例线性关系。因此在制定轻压下工艺时要综合考虑。     

C45Cr钢连铸大断面圆坯凝固过程数学模拟

通过控制大断面圆坯的凝固过程控制最终连铸坯质量,基于薄片移动边界法建立了连铸大断面圆坯的凝固传热数学模型。应用Pro CAST软件对C45Cr钢、直径为准650 mm连铸圆坯凝固过程进行了数学模拟,计算出大断面圆坯凝固过程的温度场,并且得到铸坯的固相率分数与液芯长度。模拟结果表明,铸坯表面温度模型预测结果与工业试验测温结果吻合很好,所以此数学模型计算结果能够准确地反映实际情况。讨论了过热度、拉速、二冷强度等因素对大断面圆坯表面温度、中心温度、固相率分数以及液芯长度的影响,为连铸工艺参数的优化及凝固末端电磁搅拌位置的确定提供了有效指导。     

宽厚板坯连铸凝固过程数值模拟

针对Q345特宽特厚板的生产实际,建立了宽厚板坯传热数学模型,得到了在整个连铸凝固过程中铸坯任意横断面的固相率和温度分布情况。并进行了射钉试验,通过测量铸坯某位置的凝固坯壳厚度,计算出了液芯长度。对测量结果与数值模拟结果进行分析,最后得出在实际生产条件下,断面为370 mm×2 520 mm的Q345连铸坯在拉速为0.54 m/s时液芯长度是27.81 m,为连铸轻压下技术的改进提供了可靠的信息,同时也为企业探究大断面铸坯凝固末端位置提供了方法依据。     

微合金钢连铸方坯凝固传热过程数值模拟

针对微合金钢方坯连铸过程拉速波动大，二次冷却区水量分配均匀性低的实际问题，本文运用有限元法建立了针对目标钢种连铸过程的二维非稳态凝固传热数学模型。在计算相图技术的基础上首先明确了覆盖连铸全流程温度范围内的钢种热物性参数变化规律与凝固特性，并以此为输入参数，结合实际连铸过程工艺参数进行了计算求解，定量化分析了浇铸温度、拉速对铸坯凝固传热过程的影响。结果表明，相对于拉速，浇铸温度的提高对铸坯表面温度的影响不大。当拉速从0.50 m/min提高到0.55、0.60 m/min时，矫直点处铸坯宽面中心温度依次提高33.7、28.6℃,角部温度依次提高21.8、19.1℃,但回温过大的现象依然存在，需要进一步通过调整水量分配的研究来改善。     

连铸圆坯凝固末端电磁搅拌位置及工艺参数优化

通过有限元模拟对包钢圆坯铸机连铸过程钢液凝固过程进行分析,确定了凝固末端电磁搅拌的安装位置。采用瞬态磁场分析方法,分析了凝固末端电磁搅拌过程中铸坯内部的磁感应强度、电磁力的分布,并对凝固末端电磁搅拌的工艺参数进行了优化。通过优化计算,在拉速为0.45m/min,比水量为0.18L/kg,过热度为25℃的工艺条件下,430mm铸坯凝固末端的电磁搅拌工艺参数:电流为250A,最佳频率为10Hz。现场对搅拌器内部磁感应强度进行冷态测试,测试结果和模拟结果相符合。     

特厚板坯凝固过程三维热模拟研究

连铸坯重压下技术是改善大断面铸坯中心偏析、缩孔,提升铸坯致密度的有效手段,但重压下位置的合理与否直接影响到重压下技术的应用效果。本文以断面420 mm×2 390 mm的ES355特厚板坯为研究对象,建立了温度场三维有限元分析模型,通过现场测温和射钉实验的凝固终点测试验证了模型的可靠性;利用模型研究了过热度、拉速和比水量对ES355凝固过程温度场和固相率的影响规律。结果表明,相比过热度和二冷比水量,拉速对ES355铸坯温度场、凝固终点和固相率的影响较大。     

薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热数值模拟

为研究薄板坯连铸高拉速下结晶器内坯壳生长过程,利用ANSYS有限元模拟软件,建立了CSP薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热数学模型,并通过实际测量得到的凝固坯壳厚度验证了模型的合理性。对结构用钢Q235B钢种,1 500 mm×60 mm规格在结晶器内凝固过程进行了模拟,研究了不同拉速、不同结晶器冷却水量对凝固的影响。研究结果表明,随着拉速降低,坯壳厚度增加;随着结晶器水量增大,坯壳厚度增加,模拟结果与实测结果相符合,为实际生产优化工艺参数提供了理论参考。     

水口结构对薄板坯初始凝固行为的影响

以薄板坯连铸结晶器为研究对象,采用有限元法,建立了流动、传热、凝固的三维耦合数学模型。重点研究了拉速及双侧孔水口出口面积比对结晶器内自由液面流动情况、铸坯表面温度分布与凝固坯壳生长的影响。结果表明,当拉速由6 m/min减少到4 m/min时,液面波动由±10.5 mm降至±4.5 mm,而结晶器出口处的坯壳厚度将由7.1 mm增加到9.5 mm;当水口出口面积比由1.56增加到2.00时,液面波动由±9.1 mm降至±7.1 mm,出口处的坯壳厚度减薄了0.4 mm。     

超高速连铸结晶器内坯壳的传热行为

超高速连铸漏斗结晶器内坯壳的生长速率对铸坯表面质量有着显著的影响。基于节点温度继承算法(NTI),运用ANSYS有限元软件建立了结晶器内钢水凝固的三维瞬态导热模型,解析了浇注温度和拉速对薄板坯传热行为的影响。研究表明,随着拉速从4.0提高到6.0 m/min,结晶器出口坯壳最大厚度由26减小到12.8 mm,结晶器出口坯壳表面最高温度从1 209增加到1 305 ℃。而浇注温度从1 550 ℃提高到1 560 ℃对坯壳的表面温度和厚度影响不大。     

连铸坯凝固传热数学模型的研究

建立连铸坯凝固传热数学模型，利用现场实测数据对所建模型进行了验证，并对影响铸坯温度和坯壳厚度的拉坯速度、浇注温度、二冷区水量等因素进行了分析。结果表明：模型的计算精度满足实际生产的需要，影响因素中，拉坯速度和二冷区水量对铸坯温度和坯壳厚度的影响最大。因此调节拉速，改善二冷区制度是铸坯生产工艺中的重要操作。     

厚板坯连铸二次冷却过程数值模拟及实验研究

基于凝固一传热学基本理论,建立板坯连铸三维凝固传热数学模型.该模型考虑了组元成分、固相分数、温度等因素对热物性参数的影响,根据糊状区溶质传输和反扩散理论,采用钢中多组元成分的百分含量计算液、固相线温度.以鞍钢第一炼钢厂厚板坯连铸机为对象,根据二冷区铸坯表面实际水流密度分布和辊子接触传热建立边界条件,计算整个铸坯任意点、线、面的温度及固相分数分布.多钢种多拉速条件下铸坯表面温度实测值和射钉实验结果与计算值吻合良好.     

两段式无缝软接触电磁连铸结晶器的冷却效果分析

利用数值模拟研究了软接触电磁连铸中两段式无缝结晶器的传热及初生坯壳的厚度.结果表明;相同工艺条件下,两段式结晶器与传统结晶器相比,出口坯壳厚度减薄约0.4 mm.铸坯表面温度升高约2.5 K,初始凝固点下降约9 mm,有利于提高铸坯的表面质量.两段式结晶器上半段长度增加使凝固坯壳厚度略有降低,但将导致钢液对连接处的冲刷增大.在本研究条件下,考虑到安全生产的需要,结晶器上半段长度为120 mm是较佳的长度.两段式结晶器壁的传热计算表明,本研究条件下,结晶器的耐热强度满足安全生产的要求.     

连铸板坯凝固过程中夹杂物运动模拟研究

基于CFD建立了连铸过程中钢液流动、凝固及夹杂物运动三维数学模型。考虑铸坯弧形和水口形状,研究了连铸板坯凝固坯壳对钢液流动和夹杂物运动的影响,得出了夹杂物的上浮率及在凝固铸坯上的分布。研究结果表明,铸坯凝固对钢液流场有显著影响。凝固坯壳阻碍钢液向下流动,考虑凝固的钢液回流区更靠近弯月面,钢液流出回流区更趋于向铸坯中心运动;凝固的夹杂物上浮率相对于不考虑凝固的夹杂物上浮率高。     

合金钢连铸凝固末端位置测定

对莱钢特钢厂合金钢连铸凝固末端位置进行了测定,在连铸机上进行了GCr15、20CrMnTi、42CrMo、22CrMo4个钢种的射钉试验。根据凝固理论完成了试验计算和分析,较为系统和准确地测定出特钢合金钢连铸机二冷区凝固坯壳的厚度及凝固终点的位置。为确定凝固末端电磁搅拌位置、二冷制度的优化提供可靠的依据。     

连铸凝固传热全过程数值模拟与控制

基于传热学、凝固理论、熔渣理论,建立了凝固传热有限差分数值模型,对连铸全过程进行热状态、凝固状态分析及工艺控制,模型考虑了钢的热物性参数随温度变化的关系.并根据连铸冶金准则和目标温度控制进行二冷优化,获得合理的温度分布和二冷水量分布,实现最佳铸坯品质,同时针对不同钢种的凝固特点,对保护渣性能进行设计.计算值同现场实测数据进行对比,有较好的一致性.最后研究了浇注温度、拉坯速度、二冷配水等工艺参数对铸坯表面温度、液芯长度和凝固坯壳厚度的影响,以及浇注工艺对连铸保护渣指标的影响.