基于Fluent对水平连铸结晶器温度场分布及传热的研究

以水平连铸圆坯连铸生产工艺为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内的温度场分布与凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析。研究发现：水平连铸拉坯工艺参数：拉速V=2．13m／min,浇注温度T=1544℃,中间包过热度△T=40℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高。研究表明,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,并进一步制定合理的拉坯工艺参数,降低管坯质量缺陷的发生,提高铸坯质量。     

珠钢CSP薄板坯凝固层厚度研究

结合珠钢生产实际情况，采用射钉法来测定二冷区不同位置的凝固坯壳厚度，试验结果表明，4．8m／min拉速下铸坯液芯长度为4820mm，4．5m／min拉速下铸坯液芯为4490mm，两种拉速下连铸坯坯壳厚度的实际测量结果与凝固传热模型计算结果一致。整个凝固过程坯壳厚度生长符合平方根定律。     

水平连铸36Mn2V凝固传热过程的Fluent数值模拟

以水平连铸36Mn2V圆坯结晶器内温度场分布为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了36Mn2V管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内36Mn2V钢液温度场分布及凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析.研究发现:水平连铸拉坯工艺参数:拉速V=2.2(m/min),中间包过热度ΔT=38℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高.研究表明,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,并进一步制定合理的拉坯工艺参数,降低管坯质量缺陷的发生,提高铸坯质量.     

矩形坯连铸凝固传热的数学模型

根据连铸矩形坯凝固传热特点，在上海浦东钢铁有限公司１号连铸机二冷系统改造中，动用直接差分法建立了二维非稳态矩形坯凝固传热数学模型，已应用于连铸凝固过程的模拟计算，在分析拉速、浇注温度等在数对钢水凝固过程的影响后，为提高拉速找到了理论依据。     

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.     

不同宽度H2结晶器流动、传热凝固行为对比

薄板坯连铸工艺的H2漏斗形结晶器可以生产宽度860～1 730mm的铸坯.对不同宽度H2结晶器内钢液流动、传热凝固行为进行研究,能加深了解H2结晶器内的冶金行为,并为H2薄板坯连铸设备制造及工艺参数优化提供指导.采用数值模拟技术研究拉速4.5 m/min时,宽度900、1 300、1 700mm结晶器内钢液流动、传热凝固行为.结果表明:结晶器宽度增加,流场变化显著,钢液自由液面近水口处波动加剧.不同宽度下,结晶器出口处铸坯坯壳厚度及其表面温度的差别主要体现在靠近铸坯窄边处.     

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。     

大方坯在连铸过程中传热及凝固规律的数学模拟

结晶器和二冷区传热对大方坯产品质量和铸机的生产率有重要影响。讨论了包头钢铁集团公司引进的大方坯连铸机在拉坯时结晶器和二冷区的传热、坏壳凝固生长和铸坯温度的变化规律。着重讨论了电磁搅拌、过热度和拉速对坏壳凝固和生长规律的影响。指出影响铸坯凝固的主要因素是凝固潜热，影响凝固末端位置的最主要工艺参数是拉坯速度，而电磁搅拌对其影响区内的传热、坯壳生长和铸坯温度亦有较大影响。     

SPHC连铸结晶器内钢水凝固传热的研究与应用

为了适应唐山不锈钢厂2号连铸机拉速的提高,建立板坯连铸结晶器内钢水凝固传热模型,应用大型有限元软件ANSYS对钢水凝固传热过程进行模拟求解,描述了高拉速条件下凝固坯壳的温度分布、坯壳生长历程,分析各工艺因素对钢传热行为、凝固行为的影响,进而提出了合理的工艺参数并应用于连铸机,现场证明漏钢事故明显减少.     

板坯连铸结晶器内坯壳凝固收缩的数值模拟

利用ANSYS商业有限元软件,建立了板坯连铸结晶器二维凝固传热数学模型。采用传热和应力、应变直接耦合的方法,对结晶器内钢液在浇铸过程中的凝固传热进行了数值模拟分析,并对同一拉速下的3个典型钢种和同一钢种在不同拉速下的铸坯窄面温度分布和收缩量进行了讨论。结果表明:在结晶器出口处,3个钢种板坯窄面中心温度高低顺序为:X70SS400/D36;3个钢种板坯窄面中心收缩量大小顺序均为:X70D36SS400;同一钢种的拉速增加0.1m/min,铸坯窄面中心温度升高23.75℃。     

连铸钢水过热度对大方坯凝固的影响

结合现场研究,利用显式有限差分法计算出不同工艺条件下的铸坯凝固情况;进行了过热度对出结晶器坯壳厚度、方坯表面温度、铸坯凝固过程中坯壳厚度和液相穴的影响的模拟分析研究。模拟结果表明：在拉速相同的情况下,随过热度的增加,出结晶器坯壳厚度减小、表面温度略微增加、铸坯液相穴拉长、坯壳减薄。     

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。     

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。      

MCCR产线低碳钢高拉速技术研究与应用

通过统计和分析现场数据,得出限制MCCR薄板坯连铸连轧低碳钢拉速提高的主要因素为结晶器热像图中的冷齿和结晶器液面波动,对冷齿和液面波动的成因进行研究,并提出有效控制措施。研究结果表明,结晶器热像图中的冷齿与结晶器弯月面凝固收缩特性相关,受冷却铜板厚度、碳当量、拉速及保护渣影响,反映到铸坯实物上为凹陷或者裂纹缺陷,需合理匹配形成最优参数组合,以降低因冷齿造成的漏钢风险。当结晶器铜板厚度减薄量在6.7%以内时,一冷水维持原设计流量;当结晶器铜板厚度减薄量在6.8%~11.1%时,拉速4.0 m/min以上时需降低10%的一冷水流量;当结晶器铜板厚度减薄量在11.2%~15.6%时,所有拉速下需降低18%的一冷水流量,同时使用高碱度B型保护渣。针对高拉速下结晶器液面波动问题,通过数值模拟研究浸入式水口插入深度、拉速、结晶器断面宽度及电磁制动等参数对结晶器内流场和温度场的影响规律,得到不同拉速和不同断面条件下电磁制动电流的合理配置,使得拉速达到5.5 m/min时钢液面最大流速仍小于0.3 m/s。上述研究结果应用后,结晶器冷齿问题得到有效缓解,110 mm厚的薄板坯最高拉速达到5.8 m/min,结晶器液面波动控制在±1 mm以内,保护渣液渣层厚度保持在8~10 mm,结晶器热流稳定,实现了高拉速的顺稳生产。     

Q235B钢板坯连铸凝固传热行为的数值模拟计算

基于涟钢板坯连铸机结构参数和冷却条件,建立了Q235B 230 mm×1 280 mm板坯连铸过程凝固传热的数值模型,研究了铸坯温度分布和坯壳厚度变化规律以及过热度和拉速对铸坯温度和凝固末端位置的影响规律。得出:随过热度和拉速的增加,铸坯中心和角部温度整体呈升高趋势,在其它参数不变的条件下,过热度每升高10℃,铸坯凝固末端和液相消失位置分别后移约0.38 m和0.31 m;拉速每升高0.1 m/min,凝固末端和液相消失位置分别后移2.06 m和1.4 m。通过数值模拟研究,掌握了铸坯温度和凝固末端位置的变化规律。     

中薄板坯连铸机结晶器的主要特点及其技术进步

介绍了薄板坯和中薄板坯连铸机结晶器的形状和主要特点,对比分析了不同类型结晶器内钢液的表面积、钢液流动、结晶器传热、薄板坯厚度、拉坯速度等对连铸过程和铸坯性能的影响,讨论了鞍钢ASP采用的先进技术,指出近年来新建和改造的薄板坯连铸机结晶器厚度呈现增加的趋势,从而解决了设备运行的一些问题,改善了铸坯质量。     

基于有限元法优化低碳钢板坯连铸机结晶器锥度的设计

钢厂1^#连铸机以0.95 m/min拉速生产SS400,D36和X70钢150~180 mm连铸板坯时,易产生角部纵裂纹,发生率最高可达5%。利用商业有限元软件ANSYS,建立了板坯连铸结晶器二维切片式凝固传热数学模型,并采用传热和应力/应变直接耦合的方法对连铸过程结晶器内凝固传热进行计算,分析了各钢种在0.95~1.05m/min拉速下铸坯温度分布以及温度分布不均引起的热应力。工业试验结果表明,根据优化计算结果,将板坯结晶器窄面的锥度系数由原来的1.00%改进为1.10%后,有效地消除了1^#连铸机板坯的角部纵裂纹。     

Challenge to control mould heat transfer during thin slab casting

Abstract

At the thin slab caster of Tata Steel, IJmuiden, mild cooling mould powders were introduced with the aim to control the mould heat transfer during casting. These mild cooling mould powders are characterised by specific values of basicity, solidification point and chemical composition. Application of these mould powders resulted in a redistribution of mould heat transfer during casting, i.e. a reduced and more stable mould heat transfer in the critical upper part of the mould and an increased mould heat transfer in the lower part of the mould. The average mould heat transfer and hence the shell thickness at mould exit are comparable to the standard powder. The application of mild cooling mould powders also resulted in improved solidification behaviour of the steel shell. A thinner chill zone with smaller thickness variations was observed. Furthermore, it was found that the mould taper required optimisation to match the changes in shrinkage behaviour to ensure uniform solidification. The use of mild cooling powders was observed to give an increase in mould friction. Mould thermal monitoring indicated that the solid slag films fractured (sheeting) in the upper part of the mould. However, no operational problems were reported, which indicate that the first 200 mm under the steel meniscus is essential for initial solidification and for the formation of a homogeneous steel shell. All these findings can be understood by considering the crystallisation properties of the mould slag, which include the cooling rate. Mild cooling has been shown to provide uniform heat transfer and adequate lubrication for high speed thin slab casting.