基于反算热流的结晶器内流动--传热--凝固耦合模拟

基于Navier-Stokes动量方程和湍流低雷诺数k-ε方程,综合考虑能量守恒和钢液凝固与糊状区对流动过程的影响,建立了描述结晶器内钢液流动、传热及凝固过程的三维耦合数学模型.以实测温度和结晶器反问题模型计算出的热流为边界条件,模拟计算了结晶器内钢水的流动、传热和凝固行为.钢液流动决定结晶器内的温度和热流分布,铸坯凝固受钢液流动和结晶器热流双重因素的影响.建立的模型以及由此得到的铸坯凝固非均匀特征可为进一步考察浇铸过程中纵裂和其他表面缺陷提供借鉴和参考.      

连铸结晶器内弥散氩气泡的瞬态运动和捕捉行为

针对连铸结晶器内弥散氩气泡的瞬态运动和捕捉行为,发展了耦合流动-传热凝固-气泡运动的大涡模拟模型,研究了结晶器凝固坯壳内钢液的非稳态湍流场和氩气泡的瞬态运动特征.结果表明,凝固坯壳对结晶器内钢液流场有较大影响,液相区内钢液流动不对称,导致气泡的运动和捕捉位置分布不均匀;小尺寸的气泡更容易运动到液相穴较深的区域;且随着拉...     

方坯连铸结晶器浸入式水口结构类型的研究

应用流场计算软件PHOENICS及水力模型,模拟了方坯连铸结晶器内钢液的流场和流动分布。在此基础上模拟计算了几种不同形式的水口对流动形态的影响,并用水力模型试验进行了验证。通过数值模拟,为优化结晶器内钢液的流场以及浸入式水口的设计提供了科学依据。     

异钢种连浇过程中钢液流动与混合的数值模拟

研究了换钢种操作时，中间包及结晶器内钢液非稳态湍流流动及混合的计算过程。使用CFX5．6商业软件建立三维模型模拟了中间包及结晶器内钢液的流动和混合过程；绘制了中间包及结晶器出口处浓度分布曲线和中间包内钢液停留时间分布曲线（RTD）；确定了包内各区域的体积分数；并分析了不同中间包构形对钢液在包内的混合与流动的影响。它对研究异钢种连浇的混合过程具有一定的指导意义。     

方坯连铸结晶器内钢液三维流场的数值模拟

针对方坯连铸结晶器内钢液的流动特征，建立三维有限差分模型，利用商业软件PHOENICS对方坯连铸结晶器内钢液流动进行数值模拟。通过计算，分析了直筒型浸入式水口插入深度对结晶器内钢液流场的影响，认为150mm的插入深度是较合理的设计方案。     

宽板坯结晶器浸入式水口结构优化的数值模拟

以某钢厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用商业软件PHOENICS建立一个三维有限差分模型,模拟宽板坯连铸结晶器内钢液的流动分布.通过分析水口底型、倾角、插入深度等工艺参数对钢液面波动、流股对结晶器窄面的冲击力及涡心高度的影响,得出适用于宽规格结晶器的合理的浸入式水口.通过研究,为优化宽板坯结晶器内钢液的流场及浸入式水口的设计提供了科学依据.     

连铸结晶器内钢液流动、凝固和夹杂物的分布

 建立并求解动量、热量和质量传输耦合模型,研究了连铸结晶器内钢液流动、传热、凝固、溶质输送和夹杂碰撞长大行为。数值结果表明,受钢液流动的影响,在连铸机内钢液温度、碳浓度和夹杂物的空间分布与钢水流动特征相似,也可分为上下两个循环区。但是其分布具有各自的特点。在涡心处,钢液温度较低,碳浓度较高,夹杂物体积浓度和数量密度较低。在弯月面处,钢液温度较低,碳浓度较高,夹杂物的体积浓度和数量密度较低。在结晶器出口处的凝固坯壳内,夹杂物的浓度和数量密度分布极不均匀,存在阶跃现象,这与冲击点处凝固坯壳的重熔有关。     

板坯结晶器内钢液流场的数值模拟

应用计算流体力学（CFD）的基本理论，利用大型商业软件Fluent建立了1个板坯结晶器的三维有限体积模型，对板坯结晶器内的钢液流动进行了三维数值模拟。重点研究了浸入式水口插入深度，水口侧孔倾角和拉速等工艺参数对结晶器内钢液流动状态的影响。结果表明：改变这些影响因素在一定程度上可以起到改善钢液流动状态的目的．但通过改变这些影响因素并不能完全实现对结晶器内钢液流动状态的有效控制，尤其是对液面波动和对窄面冲击强度的控制。     

连铸坯结晶器内钢液流动数学模拟研究

应用CDF软件FLUENT进行结晶器内钢液流动数学模拟,对结晶器参数进行优化.预测了在不同的操作条件下,结晶器内钢液的流动行为和温度场的分布.从温度和流场分布认为,1 500 mm ×350mm连铸坯的最佳生产工艺参数应为水口倾角25°、拉速1.5 m/min、浸入深度180 mm.     

连铸流动与凝固耦合模拟中糊状区系数的表征及影响

分析提出了连铸流动与凝固耦合数值模拟中, 钢液在两相区流动时的糊状区系数(A_mush)与渗透率的关系; 通过建立大方坯连铸结晶器三维耦合数值模型, 揭示了不同糊状区系数对钢液流动、传热与凝固进程的影响, 以及早期相关研究结果差异的源头.结果表明: 糊状区系数越大, 钢液在糊状区内的流动阻力越强, 凝固时钢液流动速度降低越快.采用较大的糊状区系数时, 糊状区呈较窄的"带状"分布在固液相之间; 当糊状区系数较小时, 糊状区范围变大, 钢液在结晶器内温降过快, 自由液面处出现过冷现象, 凝固坯壳局部发生重熔.结合实验数据验证与模型分析, 认为糊状区系数取值1×108~5×108 kg·m-3·s-1可以较可靠地揭示连铸结晶器内的实际凝固现象.      

基于五孔水口的结晶器钢液流场的研究

为了研究五孔水口结晶器钢液的流动行为,对结晶器内钢液在不同的工艺条件下进行测量,计算得出钢液的流动行为,指导生产工艺。     

漏斗形结晶器宽度对流动、传热凝固行为影响的数值模拟

改变薄板坯连铸结晶器的宽度可以适应客户对不同规格铸坯的需求,因此有必要对不同宽度结晶器钢液流动、传热凝固行为进行研究.采用耦合模型,研究拉速4.0 m/min时,宽度1100、1300、1600mm漏斗形结晶器钢液流动、传热凝固行为.结果表明,结晶器宽度增加,自由液面状态相对传统板坯表现出一定差异,钢液内夹杂物上浮更困难.宽度改变对传热凝固的影响主要体现在沿水口射流方向的局部区域,结晶器出口处凝固坯壳薄弱区随宽度增加而扩大.     

电磁搅拌条件下结晶器内钢液多相流动和卷渣现象的大涡模拟

针对大方坯连铸结晶器内的流动和卷渣行为进行了三维数值模拟仿真,应用大涡模拟模型模拟湍流、应用VOF模型模拟渣相?钢液和空气?渣相?钢液的多相流。研究对比了钢液单相流动、渣相?钢液两相流动和空气?渣相?钢液三相流动3种模型下结晶器内的流动、钢?渣界面液位形状和波动及卷渣行为,并通过工业用计算机断层成像技术（工业CT）检测了连铸坯中大颗粒卷渣类夹杂物数量随着电磁搅拌电流强度的变化。结果表明,在150 A、2 Hz结晶器电磁搅拌下,3种模型得到的结晶器内钢液流场差别较小,但在钢?渣界面处差别较大。钢液单相模型下钢液表面流动速度比其他两种模型钢?渣界面处的速度更大。渣相?钢液两相模型和空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率分别为0.00118和0.00040 kg?s?1。渣相?钢液两相模型条件下,由于上表面即渣的顶面不能弯曲,所以钢?渣界面处的湍动能没有得到耗散,所以比三相模型的湍动能更大,因此其预测的卷渣速率偏大。当搅拌电流强度增大到300 A,渣相?钢液两相模型和空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率分别为150 A条件下的5倍和15倍;当电流频率增大到4 Hz,渣相?钢液两相模型的卷渣速率变化很小,空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率降低为2 Hz条件下的1/3。因此,为了正确的模拟和预测结晶器钢?渣界面处的卷渣行为,必须使用空气?渣相?钢液三相瞬态模型进行模拟仿真。      

薄板坯连铸结晶器流场模拟和验证

针对薄板坯连铸结晶器内钢液的流动特征,利用有限差分方法对薄板坯结晶器内钢液的流动进行了模拟,建立了结晶器内三维流动的数学模型,模拟了复杂水口结构对结晶器中钢液流动的影响。通过水力学模拟对流场模拟进行了验证。结果表明：流场模拟能够准确反映具有复杂水口结构特点的结晶器中的流动现象。     

不同拉速下内外复合冷却结晶器内钢液流场的数值模拟

运用流体力学分析软件Fluent,对方坯连铸内外复合冷却结晶器内钢液在流场温度场耦合作用下的凝固状况进行数值模拟.讨论了拉速对结晶器内钢液流场的影响.分析模拟结果表明:在浇铸温度不变拉速不同的条件下,结晶器内钢液的流动方式很相似,也就是结晶器内一但形成了湍流流动,拉速对结晶器内钢液的流动方式的影响不是主要的.     

Φ150 mm圆坯结晶器电磁搅拌数值模拟研究

以结晶器电磁搅拌器为研究对象,建立了Φ150 mm断面结晶器电磁搅拌过程的电磁场与流场耦合的三维数学模型,并采用有限元软件进行求解。分别模拟不同条件下的结晶器电磁搅拌电流和不同电磁搅拌频率作用下钢液在结晶器内流动状态的规律。研究结果表明:随搅拌电流的增大,钢液的切向流速增加,上部环流区缩短,下部旋转流动区域上移并扩大,搅拌电流和频率对钢液流动的影响相反;在电磁搅拌过程中,电磁搅拌使结晶器内钢液产生旋转流动阻止过热钢液下移,减弱冲击深度,使热区明显的上移。     

凝固坯壳对高拉速板坯连铸结晶器钢水流动特征的影响

 采用全比例的水力学模型,利用刺激-响应法、波高传感器、流速仪研究了考虑凝固坯壳时高拉速板坯连铸结晶器内的钢水流动、液面特征与卷渣特征。结果表明：考虑凝固坯壳后钢液到达液面的时间缩短;在高拉速条件下(2.4 m/min), 有坯壳时结晶器液面最大平均波高与表面流速比没有坯壳时分别大31 % 和17.5 %,使卷渣更容易发生。其主要原因在于考虑坯壳后结晶器下部钢液的自由流动空间变小,下回流的钢液流动受到抑制,上回流的能量变大。所以在高拉速结晶器水模拟试验过程中,有必要考虑凝固坯壳的影响。     

基于双方程的大涡模拟分析连铸结晶器内钢液流动特性

针对大涡模拟结晶器内钢液流场时数据量大,建立基于k-ε双方程的大涡模拟数学模型结晶器内钢液湍流流动,对近结晶器壁面与远壁面区别计算,从而降低数据量。通过与经典模型对比,验证新数学模型的可行性。利用新模型对大断面结晶器内流场进行研究,分析不同工艺参数(水口张角、水口深度和拉坯速度)的变化对钢液湍流流动的影响,通过仿真结果来说明适用于大断面连铸生产的设备要求及工艺选择。     

结晶器钢液电磁控制技术的发展

论述结晶器内钢液流动的特征及流动控制的目的,介绍并分析了电磁搅动电磁制动、软接触电磁连铸等结晶器内钢液流动电磁控制技术的特点及发展趋势.     

不同拉速下内外复合冷却结晶器内钢液流场的数值模拟

运用流体力学分析软件Fluent,对方坯连铸内外复合冷却结晶器内钢液在流场温度场耦合作用下的凝固状况进行数值模拟,并讨论了拉速对结晶器内钢液流场的影响,经分析模拟结果表明:在浇铸温度不变拉速不同的条件下,结晶器内钢液的流动方式很相似,也就是结晶器内一但形成了湍流流动,拉速对结晶器内钢液的流动方式的影响不是主要的.