板坯连铸过程数值模拟分析

基于传热学基本原理、凝固理论和有限单元法,建立了凝固传热有限差分数学模型,对连铸凝固全过程进行模拟分析,结果表明,拉速越大,铸坯中心及表面温度越高,出结晶器坯壳厚度越薄;过热度增大,铸坯中心及表面温度均上升,出结晶器坯壳厚度减薄;冷却水量相对增大时,铸坯出结晶器坯壳厚度增大,二冷区温度下降较快。连铸坯凝固模型可用来确定常规拉速范围及不同拉速下的凝固壳厚度、凝固末端位置以及铸坯表面温度分布。     

高速连铸结晶器内凝固传热行为及其均匀性控制

从分析高拉速包晶钢板坯连铸结晶器内凝固传热行为特征入手,首先阐明拉速对结晶器内的界面热阻、凝固坯壳的温度与应力分布的影响规律,研究发现拉速超过1.6 m·min?1时,界面热阻明显增加,拉速由1.4 m·min?1提升至1.6 m·min?1和1.8m·min?1时,出结晶器坯壳厚度相应减少约10%,其发生漏钢的危险不断增加;在此基础上,阐述了结晶器的内腔结构、保护渣、振动与液面控制等控制结晶器内坯壳凝固均匀性的相关技术。要实现高速连铸,首要应考虑结晶器内腔结构的优化设计,使其能更好地迎合凝固坯壳的生长,研制适合包晶钢等凝固特点的专用连铸保护渣至关重要,铸坯鼓肚控制也是保障高拉速液面稳定的关键。      

低碳钢和中碳钢连铸方坯初始凝固的对比研究

以低碳钢和中碳钢为研究对象,围绕不同连铸工艺参数对方坯初始凝固行为的影响,利用CA-FE耦合模型模拟实际连铸过程结晶器内方坯的初始凝固行为,考察拉速和过热度对方坯出结晶器坯壳厚度的影响,对比二者出结晶器横截面枝晶微观形貌.研究表明:过热度和拉速增加均能使出结晶器坯壳厚度下降,而拉速的影响更为显著.不同钢种在相同条件下出结晶器坯壳厚度下降梯度不同.过热度越低柱状晶越致密细小,利于提高连铸坯质量,拉速对柱状晶的影响相对较小.由于出结晶器坯壳安全厚度限制,过热度取15℃,低碳钢拉速不能超过2.2 m·min-1,中碳钢拉速不能超过2.5 m·min-1,据此针对不同钢种设计不同拉速可提高连铸效率.同时,模型结果显示低碳钢出结晶器时刻柱状晶更为发达.      

连铸结晶器内凝固坯壳粘结行为研究现状

预防和监控结晶器内凝固坯壳与铜板的粘结对保证连铸生产顺行、生产高质量铸坯和优化连铸工艺都具有重要意义,粘结是制约高拉速连铸和宽厚板连铸技术发展的关键因素之一。在回顾前人对结晶器内凝固坯壳粘结行为研究的基础上,全面概述了其形成、传播和修复机制,并对结晶器内坯壳粘结行为的检测和判定方法研究现状进行了介绍,同时指出了进一步研究结晶器内坯壳粘结行为的方向。     

连铸坯凝固过程热力耦合有限元模拟

 以铸坯和结晶器之间的间隙热阻为纽带,考虑保护渣凝固对接触热阻和渣膜热阻的影响,建立了连铸结晶器与铸坯热力耦合模型并编写了相应的有限元仿真程序。模型预测的坯壳厚度和实验结果吻合良好,两者差值≤2 mm。应用模型分析了大方坯连铸结晶器内的传热过程和坯壳的应力分布。结果表明,随着拉速提高,凝固坯壳厚度减薄,铸坯产生角部裂纹的趋势增加。     

不同拉速下内外复合冷却结晶器内钢液凝固状况的数值模拟

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。并讨论了拉速对坯壳厚度的影响,经分析模拟结果表明：在浇铸温度不变的条件下,随着拉速的提高,结晶器内同一位置坯壳厚度降低,液相增加。     

X80管线钢238 mm x 1 650 mm连铸坯温度场及凝固末端位置的数学模拟

用二维切片跟踪铸坯凝固传热的方法建立了X80管线钢（/%:0.04C,1.85Mn,0.25Si,0.006P,0.003S,0.30Ni,0.21Mo,0.06Nb,0.02V）238 mm×1650 mm板坯连铸过程中垂直拉坯方向传热的数学模型,通过ANSYS对X80管线钢连铸过程中温度场及坯壳厚度的渐变进行计算,得出拉速1.2mm/min时,出结晶器坯壳厚为18.14 mm,铸坯液芯长22.58 m。凝固壳厚度计算值射钉测试结果的相对误差≤2.5%,凝固末端位置的相对误差为0.68%。分析了过热度（25~55℃）,拉速（1.2~1.3m/min）和二冷水量（79.2~96.8 m³/h）对切片各点温度和凝固末端位置的影响。结果表明,增大拉速、减小二冷配水量,连铸坯表面温降变慢,凝固末端位置距离结晶器液面越远,凝固时间变长;该X80管线钢板坯连铸最佳工艺参数为钢水过热度35℃,拉速1.2 m/min和二冷配水量88m³/h。     

Ⅹ80管线钢238mm×1650mm连铸坯温度场及凝固末端位置的数学模拟

用二维切片跟踪铸坯凝固传热的方法建立了X80管线钢(/%:0.04C,1.85Mn,0.25Si,0.006P,0.003S,0.30Ni,0.21Mo,0.06Nb,0.02V)238 mm×1650 mm板坯连铸过程中垂直拉坯方向传热的数学模型,通过ANSYS对X80管线钢连铸过程中温度场及坯壳厚度的渐变进行计算,得出拉速1.2mm/min时,出结晶器坯壳厚为18.14 mm,铸坯液芯长22.58 m。凝固壳厚度计算值射钉测试结果的相对误差≤2.5%,凝固末端位置的相对误差为0.68%。分析了过热度(25~55℃),拉速(1.2~1.3m/min)和二冷水量(79.2~96.8 m~3/h)对切片各点温度和凝固末端位置的影响。结果表明,增大拉速、减小二冷配水量,连铸坯表面温降变慢,凝固末端位置距离结晶器液面越远,凝固时间变长;该X80管线钢板坯连铸最佳工艺参数为钢水过热度35℃,拉速1.2 m/min和二冷配水量88m~3/h。     

板坯连铸机拉速优化控制模型

以板坯连铸机二维非稳态传热数学模型为工具，对连铸的工艺参数进行分析，从而得出影响铸机拉速的限制性因素是铸坯出结晶器时坯壳厚度。在计算机上对诸多工况铸坯的凝固过程做了琥交试验，回归了出结晶器时坯壳厚度与拉速、过热度的计算公式，为板坯连铸机浇铸速度的控制提供了理论依据，对稳定连铸机生产和进一步发挥现有铸机的潜力具有一定的实用价值。     

大方坯连铸二冷区凝固坯壳厚度测试

应用"射钉法"测试了攀钢2#大方坯连铸典型钢种在工作拉速下凝固末端附近的凝固坯壳厚度,获得了凝固坯壳厚度、凝固末端位置与连铸拉速和冷却强度的关系,为优化连铸工艺,控制连铸坯凝固终点位置和制定合理的轻压下工艺制度提供了重要依据.     

大圆坯连铸二冷配水设计模型的开发

根据钢厂新建Φ600 mm圆坯连铸机的主要技术参数,建立柱坐标一维非稳态连铸坯凝固传热数学模型,运用有限差分法求解并编制相关程序,分析拉速、过热度、冷却强度对铸坯温度的影响,实现在给定水量下连铸坯温度场的计算。浇铸Φ500 mm轴承钢GCr15SiMn计算得出拉速每提高0.1 m/min,出结晶器处凝固坯壳厚度减薄约7.9 mm,凝固终点延长6.7 m。     

高效连铸抛物线锥度结晶器的研究与设计

应用凝固理论对高效连铸条件下结晶器内初生坯壳生长规律、铸坯的凝固收缩特性进行了系统研究。利用结晶器锥度设计的最小气隙原则，建立结晶器设计计算模型，开发出高效连铸抛物线锥度结晶器设计系统。该系统可依据工艺条件设计出满足不同钢种和拉速条件的结晶器锥度、内腔曲线方程、上下口以及任意间位置的内腔尺寸，为结晶器的生产提供操作数据和理论依据。最后分别讨论了钢种、结晶器长度、拽坯速度、铸坯断面尺寸与结晶器锥度、凝固收缩系数的关系。     

高钛钢板坯连铸凝固传热与压下量数值计算研究

高钛钢具有较高的耐磨性、韧性、强度及晶间抗腐蚀性,已得到较普遍应用.针对高钛钢板坯连铸过程凝固传热与理论压下量开展了数值计算研究,结果表明:拉速1.0 m/min时,高钛钢在结晶器出口位置坯壳厚度约15mm,凝固终点距弯月面约20.4 m,两相区长度约10.8 m,拉速每增加0.1m/min,结晶器出口坯壳厚度减小约0.2 mm,凝固终点向后移动1.7 m,两相区长度增加约0.9 m,不同拉速时,补缩两相区凝固收缩所需理论压下量基本相同,约为2.2 mm.     

高拉速连铸过程传输行为特征及关键技术探析

 高拉速连铸是实现直轧、铸轧的前提保障,是实现钢铁生产流程高效化、绿色化的具体体现,是发展新一代高效连铸的主题。高拉速连铸面临最大挑战是漏钢与裂纹频发,凝固坯壳均匀生长控制应是其实现的核心内涵,重点在于结晶器技术集成,包括结晶器流动控制、保护渣类型、结晶器润滑、结晶器内腔结构、结晶器冷却结构与制度等,关键在于结晶器液位的稳定控制。阐述了高拉速连铸过程传输行为特征及其实现的关键技术。     

文献简介

钢连铸时粘连型拉漏预测系统的开发 提高连铸生产率和节能的关键是要开发高速连铸技术。而高速连铸技术应用的最大难点是结晶器内凝固坯壳与结晶器壁发生粘连,在结晶器出口处导致漏钢。现     

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。     

凝固坯壳对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响

采用1:1的水模型研究了高拉速条件下凝固坯壳对结晶器内的流场与液面特征的影响.结果表明:考虑凝固坯壳时结晶器内的流场出现了轻微的不对称现象,在高拉速条件下（2.4 m·min-1）,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35%.对比有/无坯壳条件下自由液面形状可知:考虑凝固坯壳之后的液面变形程度比没有考虑时更大,更易导致卷渣的发生.液面波动的功傅里叶变换分析表明:考虑坯壳之后结晶器液面的高频率波动的振幅大于无坯壳的情形,所以考虑坯壳之后由于结晶器下部内腔变小,更多的流股能量集中在上回流区,使得上回流的湍流程度比无坯壳时要大,进而导致了液面波动与表面流速的增大.因此,为了缩小与实际连铸过程的差别,在高拉速的物理模拟中有必要考虑凝固坯壳的影响.      

AH32钢板坯连铸凝固传热过程数值模拟

建立了板坯连铸过程中,垂直拉坯方向传热的二维切片跟踪铸坯凝固数学模型.利用有限元软件ANSYS对板坯连铸凝固过程进行了瞬态热分析,并进行了射钉实验验证.对不同的过热度,不同的拉速(1.0和1.1 m/min)条件下,切片各点随时间变化的温度分布,以及铸坯壳厚度进行计算,并确定凝固末端位置.结果表明:随着过热度、拉速的增加,凝固末端位置距离结晶器液面变远;在合理的范围之内,拉速增加,铸坯表面温度增加,有助于防止铸坯表面裂纹的产生及提高板坯的生产效率.     

大断面圆坯连铸温度场的数值模拟

通过大型通用有限元软件ANSYS建立铸坯凝固过程有限元仿真分析模型,在拉速0.25～0.35m/min,钢水过热度20℃的条件下,对20钢Φ中600mm和40Cr钢Φ500 mm圆坯连铸过程进行了计算和分析,得出距液面0～32 m时铸坯表面温度变化曲线。计算结果表明,当20钢Φ600 mm圆坯的拉速为0.3 m/min时,结晶器出口坯壳厚度为30.9 mm,结晶器出口铸坯温度为1050℃,二冷区表面最低温度978℃铸坯在距液面19.71 mm处完全凝固。Φ600 mm圆坯连铸机20钢生产实践表明,拉速0.25 m/min,结晶器出口铸坯表面温度为1048℃,二冷区表面最低温度为918℃,与模拟结果相似。     

固体声系统早期识别连铸坯拉漏

据Stahl und Eisen No12,1990,P109报道,德国蒂森公司和振动测量仪表公司(SMS)合作,研制出一种早期识别连铸坯拉漏的智能自适应系统。在连铸操作发生变化,更换结晶器、改浇其他钢种和改变板坯断面尺寸以及结晶器形状时,该监视系统能够针对实际条件迅速实现匹配和最佳化。在浇铸期间,结晶器振动台架使结晶器沿正弦轨迹作上下运动,防止坯壳粘附在铜板上。同时结晶器内添加浇铸保护渣,加强润滑。连铸坯离开结晶器时,坯壳厚度通常为10～15mm。如果坯壳粘附在铜板上,由于