结晶器中弯月面区域保护渣液流场的数学模拟

用商业软件Fuent 对弯月面处保护渣的流场分布和弯月面受力情况进行了数学模拟和分析。 对于一个振动周期,在时间t=0 时,保护渣的流入量最大,此时保护渣对凝固坯壳产生负压,为使保护渣容易流人,应尽量减小此时的负压,减小保护渣与结晶器之间的摩擦力。模拟结果与南钢方坯连铸实际情况一致。     

高频磁场下连铸保护渣润滑行为数学模型

摘要：为了研究高频磁场下连铸保护渣在结晶器内的润滑状况，建立了高频磁场下连铸保护渣润滑行为数学模型，并应用该数学模型研究了初始凝固时磁场作用下渣道宽度、弯月面高度、渣道动压、渣耗、摩擦力等因素对保护渣润滑行为的影响。结果发现，磁场的作用拓宽了保护渣渣道宽度，增大了弯月面高度，使保护渣渣道入口及出口宽度增加，使初始凝固点下移，改善了传热条件有利于铸坯表面质量提升；磁场的作用减小了因结晶器振动而产生的正压和负压，并且正、负压都是随着磁场强度的增大而减小，但磁场强度存在一个最佳值；磁场的作用增大了渣耗量，改善了铸坯与结晶器之间的润滑；铸坯与结晶器之间摩擦力随着磁场强度的增大而减小，当磁场强度为40mT时，总摩擦力减小趋于平缓，因此磁场强度为40mT左右时对减小摩擦力的作用效果较好。     

高频磁场下连铸保护渣润滑行为数学模型

为了研究高频磁场下连铸保护渣在结晶器内的润滑状况,建立了高频磁场下连铸保护渣润滑行为数学模型,并应用该数学模型研究了初始凝固时磁场作用下渣道宽度、弯月面高度、渣道动压、渣耗、摩擦力等因素对保护渣润滑行为的影响。结果发现,磁场的作用拓宽了保护渣渣道宽度,增大了弯月面高度,使保护渣渣道入口及出口宽度增加,使初始凝固点下移,改善了传热条件有利于铸坯表面质量提升;磁场的作用减小了因结晶器振动而产生的正压和负压,并且正、负压都是随着磁场强度的增大而减小,但磁场强度存在一个最佳值;磁场的作用增大了渣耗量,改善了铸坯与结晶器之间的润滑;铸坯与结晶器之间摩擦力随着磁场强度的增大而减小,当磁场强度为40 mT时,总摩擦力减小趋于平缓,因此磁场强度为40 mT左右时对减小摩擦力的作用效果较好。     

结晶器与铸坯间气隙内液态保护渣流动行为的数学解析

应用粘性流体动力学原理及有限差分析方法，对结晶器与铸坯间气隙内的液态保护渣流动行为进行了数值计算，分析了结晶器振动参数对液渣流动行为的影响。结果表明，液渣在一个振动周期内流入，流出状态和流动速度与结晶器振动参数有关，低振幅，低频率使液渣平均流动速度提高，为满足渣耗量，高速连铸工艺应采用低振幅，低频率的正弦波或非正弦波振动形式。     

不锈钢连铸初期固态结晶器保护渣渣层的演变

在芬兰奥托昆普不锈钢厂的2号连铸机上对固态结晶器保护渣渣层的演变作了研究。为研究固态保护渣渣层的形成,在不锈钢连铸的初期阶段,在保护渣中添加了氧化钡示踪剂。实验钢种牌号为美国钢铁学会标准304钢种。实验中,浇铸一炉钢水,尾坯输出时,在结晶器顶部提取固态渣层渣样。采用的取样方式可在钢液弯月面下方取得几乎和结晶器同样宽度,长度大约为25cm的一些大尺寸渣样。从这些渣样上提取3个与钢液弯月面距离各不相同的小渣样,然后对这3个小渣样进行X射线荧光光谱分析,检测氧化钡。有些情况下在大渣样的底部边缘处检测到了最高浓度的氧化钡。大渣样底部的氧化钡浓度较高意味着在浇铸初期,钢液弯月面附近已固化的保护渣渣层已向下移动。而在钢液弯月面附近的固态渣层中的氧化钡浓度更低,意味着由于结晶器顶部液态渣层中氧化钡的浓度已下降,渣层在浇铸期间形成的时间较晚。结晶器中固态渣层的形成及渣层在弯月面下方的破裂和再固化与氧化钡的浓度密切相关。     

高速连铸用新型浸入式水口

连铸机结晶器内钢液的流动状态严重影响连铸坯的质量,尤其在弯月面处,钢液与结晶器保护渣直接接触,结晶器内弯月面不稳定引起的卷渣,是导致产品产生缺陷的主要原因之一,如冷轧薄板的线状缺陷和厚板的表面缺陷。在结晶器润滑不均匀时,还会增加漏钢危险。弯月面液面波动主要是由于浸入式水口吐出孔钢液剧烈的湍流和瞬态行为引起的。最近,在一台连铸机上浇注不同钢种已成为全世界钢铁生产商努力的一个主要方向。为了满足所有钢种的质量要求,对每个钢种都要求一定的浇注速度。对常规的浸入式水口而言,确保结晶器内有利的流动条件是一个难题。因此,比以往更需要一种新型浸入式水口,通过保持最佳的结晶器内钢液流动状态,以各种浇注速度浇注出多规格铸坯。介绍了测试新型浸入式水口流动性能的数值模型和物理模型的试验。采用URANS方法瞬态CFD模拟表明,新型浸入式水口流出的钢液瞬态行为稳定,因而弯月面以下钢液流速较慢,其效果还通过水模拟得到了验证。现场试验是在中国台湾的中钢公司进行的,试验结果表明,通过优化结晶器内钢液的流动行为,结晶器液面波动明显减小,从而提高了产品质量。     

多孔水口对轴承钢280 mm x325 mm铸坯结晶器钢液流场和温度场的影响

采用数值模拟的方法对比分析了直通式、四孔式以及五孔式水口对GCr15轴承钢280 mm×325 mm坯连铸结晶器内钢液流场和温度场的影响。结果表明,当前常用的直通式水口对坯壳无冲刷,利于坯壳均匀生长,但钢液冲击深度大,在弯月面处速度小,不利于大方坯质量的提高。当采用四孔水口时,钢液热中心上移,钢液面处温度可提高8℃,钢液向上漩流增强,有利于降低结晶器内钢水过热及保护渣的熔化,但由于钢液对结晶器宽、窄面坯壳的冲刷致使冲击区域附近坯壳出现不同程度的零增长区域。当采用五孔水口时,除了钢液热中心上移,钢液向上漩流增强,由于侧孔钢液流速减小,对坯壳的冲刷减小,有利于保护渣的快速熔化、过热度的快速降低,坯壳的均匀生长,显著提高大方坯的质量。     

多孔水口对轴承钢280mm×325mm铸坯结晶器钢液流场和温度场的影响

采用数值模拟的方法对比分析了直通式、四孔式以及五孔式水口对GCr15轴承钢280 mm×325 mm坯连铸结晶器内钢液流场和温度场的影响。结果表明,当前常用的直通式水口对坯壳无冲刷,利于坯壳均匀生长,但钢液冲击深度大,在弯月面处速度小,不利于大方坯质量的提高。当采用四孔水口时,钢液热中心上移,钢液面处温度可提高8℃,钢液向上漩流增强,有利于降低结晶器内钢水过热及保护渣的熔化,但由于钢液对结晶器宽、窄面坯壳的冲刷致使冲击区域附近坯壳出现不同程度的零增长区域。当采用五孔水口时,除了钢液热中心上移,钢液向上漩流增强,由于侧孔钢液流速减小,对坯壳的冲刷减小,有利于保护渣的快速熔化、过热度的快速降低,坯壳的均匀生长,显著提高大方坯的质量。     

连铸振动结晶器内液态保护渣消耗机理

通过引入材料学中变截面悬臂梁理论,计算了连铸结晶器弯月面以下初凝坯壳受力,分析了结晶器正弦振动条件下初凝坯壳变形行为,并阐明液态保护渣消耗机理.结果表明,保护渣消耗于正滑脱中后期至下一个正滑脱前中期,包括整个负滑脱时期,负滑脱中期渣道宽度是保护渣消耗的限制性因素.通过增大黏度、振频和振幅使负滑脱时期内保护渣消耗量降低,从而增大了正滑脱时期内渣耗占整个周期内渣耗的比重,使正滑脱时期成为保护渣的主要消耗期.反之,负滑脱时期为保护渣主要消耗期.     

连铸结晶器弯月面处保护渣的流动行为

引入变量ｍ（冲量密度）和Ｙａｎｇ－Ｍｉｌｌｓ规范变换ｍ＝ｕ＋ｇｒａｄХ,将原始变量的Ｎ－Ｓ方程转化为规范不变量形式,用自由质点法处理Ｃｏｒｏｎｏｉ元,对连铸结晶器弯月面处保护渣流动行为进行数学模拟。输出振动周期内的动态流场,然后结合一组试验数据进行计算,计算结果与实际情况相吻合,进而讨论了渣圈对液渣流动为的影响。为研究结晶器弯月面处保护渣的行为和铸坯振痕的形成提供了一定的依据。     

Q235B钢矩形坯在结晶器中传热凝固行为的研究

将连铸过程连铸坯凝固收缩、鼓肚变形、气隙、保护渣及结晶器传热进行耦合求解,开发出了适用于165 mm×225 mm的Q235B钢矩形坯连铸过程中钢水传热凝固的计算模型,并利用该模型对拉速1.5 m/min工况下结晶器内连铸坯的传热凝固行为进行了详细计算。计算结果表明连铸坯宽面温度在气隙分布的影响下呈不均匀分布,且与现场坯壳比对研究可以发现振痕的形成分成了4个阶段,第1阶段发生在距弯月面0～0.17 m,高温区分布法向与拉坯方向垂直,法向垂直于拉坯方向的振痕形成;第2阶段发生在距弯月面0.17～0.26 m,温度分布呈现W形,法向与拉坯方向平行的振痕形成;第3阶段发生在距弯月面0.26～0.36 m,宽度方向温度进一步均匀化,法向与拉坯方向平行的振痕进一步向均匀化发展;第4阶段发生在距弯月面0.36～0.80 m,连铸坯宽面宽度方向的温度分布趋于稳定,振痕也趋于稳定。现场漏钢坯壳的振痕形貌图与计算的温度分布图相似,计算模型可以用来解释该工况下连铸坯的传热凝固行为。现场加大结晶器锥度和调整结晶器铜管刚度,漏钢率和铸坯鼓肚及脱方超标比例显著下降。     

测弯月面流速调控连铸钢流

据日刊报道　连铸坯的表面质量与形成初期坯壳的不均匀长大、结晶器内保护渣卷入钢液、坯壳内吸入夹杂物和气泡等因素密切相关。通过采用电磁制动与电磁搅拌以及调整浸入式水口的形状与深度 ,可以控制结晶器内的钢液流动状态 ,但是这类方法却难于准确评价和控制钢液流动。为此 ,通过测定弯月面的流速控制钢液流的流动是必不可少的。住友金属工业公司开发出可测定流速绝对值的“钢液流速计”,将其用于连铸机结晶器内弯月面钢液流速的测定 ,在高速铸造时能够准确确定弯月面的最佳流速。测弯月面流速调控连铸钢流     

连铸振痕的控制

为确保高速浇铸而无漏钢，必须搞清楚初期凝固坯壳与结晶器壁之间结晶器保护渣的润滑状况，同时这一点也是控制弯月面处理固壳的形成，保证板坯表面质理的基本前提。使用模拟方法计算了结晶器振动过程中，结晶器壁与坯壳间隙间流进的结晶器保护渣量，并分析了与板坯表面振痕深度相关的坯壳变形。模型计算结果与连铸板坯的表面质量吻合很好。     

结晶器弯月面行为对初生坯壳的影响

由钢铁研究总院和攀枝花钢铁公司共同完成的“九五”国家重点科技攻关项目——结晶器弯月面行为对初生坯壳影响的主要技术性能指标是 :　　 (1)提出高拉速条件下 ,液面允许波动的最大值和合理值 ;　　 (2 )提出保护渣覆盖和熔融渣层厚度的最佳值 ;　　 (3)铸坯表面无大块夹渣和表面渣点达到 90年代国际先进水平 ;　　 (4)铸坯皮下无大颗粒夹杂物和无保护渣卷入。　　针对板坯连铸实现高拉速条件下 ,结晶器内初生坯壳的凝固行为 ,保护渣的润滑、振动形式及振动参数、浇铸过程中钢液的流动以及液面波动对保护渣卷入的可能性 ,同时用金相方法检…     

薄板坯高速浇注用结晶器保护渣

结晶器发热型初始保护渣和球状颗粒保护渣的采用是墨西哥希尔萨钢CSP型薄板坯连铸机成功操作及产品质量良好的原因之一。结晶器中的钢液面上覆盖一层厚厚的未反应保护渣导致结晶器弯月面区域处于良好的热状态之中。     

结晶器弯月面行为对初生坯壳的影响

由钢铁研究总院和攀枝花钢铁公司共同完成的“九五”国家重点科技攻关项目——结晶器弯月面行为对初生坯壳影响的主要技术性能指标是 :(1)提出高拉速条件下 ,液面允许波动的最大值和合理值 ;(2 )提出保护渣覆盖和熔融渣层厚度的最佳值 ;(3)铸坯表面无大块夹渣和表面渣点达到 90年代国际先进水平 ;(4)铸坯皮下无大颗粒夹杂物和无保护渣卷入。　　针对板坯连铸实现高拉速条件下 ,结晶器内初生坯壳的凝固行为 ,保护渣的润滑、振动形式及振动参数、浇铸过程中钢液的流动以及液面波动对保护渣卷入的可能性 ,同时用金相方法检查铸坯表层夹杂物的含…     

振痕生成机理初探

探讨了结晶器使用保护渣润滑和油润滑时铸坯生成振痕的机理，并讨论了结晶器振动频率、振幅和拉坯速度等因素对振痕宽度和深度的影响。     

微合金钢连铸坯角横裂产生原因

<正>在连铸过程中,钢液由盛钢桶经中间包连续不断地注入一个或一组水冷铜制结晶器。注入结晶器的钢液受到强烈冷却后,迅速形成一定形状和坯壳厚度的铸坯。同时结晶器振动引起弯月面钢水周期性流动,使坯壳发生折叠,形成振痕。横裂一般产生于结晶器内,与振痕共生。振痕能产生缺口效应,造成应力集中。振痕深时,振痕波谷     

连铸

连铸结晶器非正弦振动振幅的确定，BAO含量对结晶器保护渣润滑和传热行为的影响,连铸结晶器保护渣结晶性能的研究,攀钢大方坯连铸漏钢原因分析及预防措施,宽板坯连铸结晶器内钢液流动的数值模拟.[编者按]     

电磁搅拌对大圆坯结晶器冶金行为影响的探讨

 为了探究结晶器电磁搅拌(M EMS)对大圆坯结晶器内综合冶金行为的影响。以大断面圆坯连铸结晶器冶金行为为研究对象，基于电磁热流体与凝固传输理论建立三维耦合数值模型。揭示大圆坯连铸常用五孔水口浇注条件下结晶器内电磁场、流场、传热与凝固等综合冶金行为，提出电磁搅拌对结晶器冶金性能影响的多参量评价方法。以中碳铬钼齿轮钢650 mm大圆坯连铸为例，指出结晶器电磁搅拌存在最佳搅拌电流，可获得相对较好的综合冶金效果。具体表现为弯月面保持一定的切向速度和过热度，有利于保护渣的熔化和夹杂物的上浮去除；液面波动幅度在控制范围内，可避免卷渣、改善表面质量；结晶器内钢液过热得到有效耗散，有利于等轴晶形核改善铸坯内部质量；侧孔出流钢液速度得到有效控制，可抑制注流对初凝坯壳的冲刷，提高了初生坯壳生长的均匀性。此外，电磁搅拌产生的水平旋流强度也可得到有效控制，有利于避免常见的皮下白亮带现象。