圆坯连铸温度场模拟

耦合温度场和流场 ,建立了圆坯连铸铸坯温度场的二维稳态柱坐标数学模型。用该模型模拟了国内某钢铁公司Φ178mm圆坯连铸铸坯内温度场分布 ,以渐变色形式模拟显示了圆坯连铸铸坯中心断面温度场分布 ;在温度场的基础上 ,模拟了铸坯凝固壳的厚度变化 ;模拟显示了结晶器内的钢液流动 ;采用铸坯传热数学模型在不同拉速及过热度下进行计算 ,系统分析了拉速及过热度对凝固末端位置、出结晶器坯壳厚度的影响。凝固末端位置的计算结果与现场实测结果一致 ,从而证明了模型的合理性。本研究模拟出的温度场分布和铸坯坯壳厚度 ,为优化工艺参数 ,提高铸坯质量提供了理论依据     

中薄板坯连铸结晶器浸入式水口的优化设计

应用数值模拟软件对唐钢中薄板坯连铸结晶器及浸入式水口内的钢水流场、温度场进行数值模拟,分析了水口结构、拉速、浸入深度和铸坯断面对流场和温度场的影响,在此基础上确定了水口的最佳结构和浸入深度,并在生产中进行了验证,不但提高了铸坯质量和产量且稳定了连铸生产。     

板坯连铸结晶器内钢液过热消除过程的数值模拟

利用数值模拟方法研究了连铸结晶器内钢液的三维温度分布和传热,分析了水口浸入深度、水口侧孔倾角、结晶器宽度、拉速、钢液过热度、吹Ar、电磁制动及吹Ar量和电流强度等对结晶器内过热钢液的温度分布和传热的影响.结果表明,凝固坯壳前沿的最大热量传入处出现在结晶器窄面的钢液冲击点附近,钢液的大部分过热耗散发生在这一区域附近;过热钢液传递到凝固坯壳表面的热流量与拉速和过热度的增加成正比;吹Ar导致结晶器窄面冲击区域和宽面上部区域的热流密度增加;电磁制动有利于提高结晶器上部区域的温度,但对热流密度分布没有明显影响;吹Ar和电磁制动的双重作用使结晶器上部区域的宽面热流密度提高,冲击区域的热流密度分布没有明显变化.     

大圆坯连铸传热数值模拟

以北满特钢连铸大圆坯为研究对象,采用有限差分法,建立极坐标二维非稳态连铸圆坯凝固传热数学模型。利用vb6.0编译传热程序,经现场生产测温验证,模拟结果良好。利用模型研究了拉速、过热度对圆坯表面温度和坯壳厚度的影响。结果表明拉速对圆坯凝固传热过程影响很大;过热度影响很小。     

82B小方坯凝固组织和偏析预测模型开发及应用

基于国内某厂82B小方坯连铸生产过程,使用ProCAST软件建立82B小方坯铸坯横断面宏观偏析模型,从温度场、坯壳厚度和凝固组织3个方面验证该模型的正确性,通过该模型研究连铸参数(拉速、比水量和过热度)对铸坯横断面宏观偏析的影响。模拟结果表明,82B连铸坯中心偏析随拉速和过热度的增加而增大,而比水量对中心偏析的影响较小。减轻铸坯中心偏析的关键在于控制铸坯拉速和过热度,因此为了保证铸坯中心碳偏析不高于1.10,应控制铸坯拉速低于2.64 m/min,过热度不高于10 ℃。     

板坯连铸凝固传热过程的三维数值模拟

利用有限元软件CLACOSOFT对板坯连铸过程进行了三维传热数值模拟,计算了温度场及液固相的分布,在此基础上得到了对轻压下实施起关键作用的凝固末端的位置。模拟结果表明拉速的影响显著,拉速从1.5 m/min提高到2.2 m/min后,坯壳厚度减少7 mm。而连铸钢水过热度对凝固末端位置影响较小,过热度每增加10℃,凝固末端位置仅后移0.2～0.3 m。     

20CrMnTi连铸大方坯凝固规律的模拟计算

利用ANSYS软件建立了结晶器内钢水凝固传热及弹塑性应力分析有限元模拟模型。模拟计算出20CrMnTi大方坯在不同拉速和过热度下铸坯在结晶器内的凝固情况,并讨论了对铸坯质量的影响。结果表明：在相同的过热度下增加拉速或相同的拉速下增加过热度,铸坯的表面温度升高,坯壳厚度减小,沿结晶器高度方向上的收缩量减小,增大了出现中心疏松、中心偏析和缩孔的趋势。为较好地控制铸坯质量,在生产中过热度稳定在10～25 ℃,相应的拉速稳定在0.75 ～0.85 m/min。     

连铸工艺参数对板坯凝固终点的影响

以Q235钢为试验对象,利用射钉法在铸坯1/4位置处测量出230 mm×1 510 mm断面在1.05 m/min拉速下的坯壳厚度,以此为基础,优化凝固计算模型,确定液相穴长度及凝固终点,并验证了铸机预报结果;通过计算结果分析连铸拉速、浇铸过热度及二冷比水量等工艺参数对连铸板坯的凝固终点位置的影响,得到了液芯长度与拉速、比水量等工艺参数之间的拟合关系,从而获得铸坯的凝固规律,为铸坯凝固末端轻压下及电磁搅拌技术的应用提供了有效的依据。     

宽断面板坯结晶器内钢水流动、传热和凝固过程的数值模拟

建立了求解宽断面板坯结晶器内的钢液流动、传热和凝固数学模型,研究了不同浸入式水口结构、铸坯宽度、铸坯厚度和拉速等工况条件下,宽断面板坯结晶器内的流动、传热和凝固行为。结果表明：随着铸坯的宽度从1 800 mm增加2 200 mm时,从浸入式水口侧孔出来的射流在结晶器下部的影响范围更广;宽断面结晶器中的浸入式水口结构对不同铸坯断面和拉速下的流动和凝固行为产生较大的影响;在生产中需根据宽断面结晶器的流动及传热特点进行水口结构及工艺参数的优化。     

连铸坯凝固过程的数值模拟研究

研究了拉速和过热度相关工艺参数对铸坯温度场的影响规律,利用Fluent软件模拟石油套管用钢37Mn5铸坯的连铸凝固过程,分析了连铸坯凝固传热过程的温度场。讨论了不同过热度和拉坯速度条件下铸坯温度场的分布情况。总结了连铸圆坯凝固过程的传热特点,优化了工艺参数。结果表明,优化后的工艺参数可以指导生产实践。     

漏斗形结晶器液面流场物理试验与数值模拟分析

当FTSC薄板坯连铸机生产拉速提高到4～6 m/min时,浸入式水口通钢量增加,结晶器内流场扰动加剧,卷渣率提高,对生产顺行及铸坯质量都将产生重大影响。因此,为了解结晶器液面流场,根据实际生产情况,制作了1∶1的结晶器水物理模型,并通过Fluent软件对结晶器液面流场进行了数值模拟,研究了水口浸入深度及拉速对液面流场的影响。结果表明,在水模型物理试验中,水口浸入深度恒定为130 mm时,拉速在4～6 m/min范围内,结晶器表面流速随着拉速的提高而增大,其最大值范围为0.401～0.693 m/s;在6 m/min恒定拉速下,水口浸入深度在130～190 mm范围内,结晶器表面流速随着水口浸入深度的增加而减小,其最大值范围为0.503～0.690 m/s。在数值模拟中,水口浸入深度恒定为130 mm时,拉速在4～6 m/min范围内,结晶器表面流速随着拉速的提高而增大,其最大值范围为0.50～0.75 m/s;在6 m/min恒定拉速下,水口浸入深度在130～190 mm范围内,结晶器表面流速随着水口深入深度的增加而减小,其最大值范围为0.65～0.75 m/s。结晶器表面流速随着距水口中心距离的增大有先增加后减小的规律。     

PIV测速技术分析异型坯连铸结晶器流场

通过建立1[∶]1异型坯结晶器物理模型，采用PIV粒子测速技术，研究断面尺寸为767.3 mm×383.1 mm×103.2 mm异型坯结晶器不同工艺参数条件和不同水口结构对结晶器内流场的影响。PIV实验结果表明，减小拉速和增大水口底部内径可以有效地减小冲击深度，结晶器深度860 mm处水口中心最大流股速度分别下降了27.96%和41.46%；增加拉速和减小水口浸入深度可以提高流场下旋涡上顶点位置。通过减小拉速和浸入深度，增大水口底部内径可以改善结晶器内流场。     

1 600 mm×230 mm板坯结晶器流场及液面波动水模拟研究

以某厂1 600 mm×230 mm的板坯结晶器为研究对象,利用相似原理,建立1：2的物理模型,采用波高检测、粒子示踪等方法,研究了不同水口底部形状、浸入深度以及拉速对结晶器流场和液面波动的影响。试验结果表明：采用凸底浸入式水口,拉速为1.1 m/min,浸入深度为220 mm或260 mm时,结晶器液面波动幅度和注流冲击深度较低,无卷渣现象发生。     

方坯连铸结晶器内表面流速与卷渣行为模拟

针对中小断面方坯侧分水口浇铸技术,以实际180 mm×240 mm断面方坯连铸结晶器为原型,基于相似原理,采用1：1的物理模型,比较了直通型和侧分旋流型水口浇注时在不同拉速和浸入深度下的结晶器内自由表面流速和渣层状态。结果表明：相同的浸入深度和拉速下,旋流型水口浇注时结晶器内各测点表面流速比直通型水口大;在实验条件下,直通型水口表面流速为0.010～0.023 m/s,旋流型水口为0.010～0.055 m/s,拉速和浸入深度对旋流型水口表面流速的影响较直通型水口显著;此外,采用旋流水口时结晶器的渣层波动要比采用直通型水口时频繁,拉速1.0 m/min、浸入深度120 mm时,其渣层波动适宜,钢渣界面活跃且无卷渣和裸钢现象发生,此时两测点的表面流速分别为0.028和0.032 m/s,是较适宜的工艺条件。     

水口结构对板坯结晶器液面流动行为的影响

针对不锈钢板坯轧材经常出现的夹渣和表面翘皮现象,以实际生产条件为背景,对其连铸结晶器内钢液流动行为与水口工艺的相关性进行了试验研究。基于相似原理建立了相似比0.65∶1的物理模型,对不同浸入式水口结构和浇注工艺参数下的结晶器液面状态进行了流体动力学行为评价与比较优化。其中,主要研究了拉速、浸入深度、水口倾孔倾角(4°、8°、15°)、侧孔形状(矩形、倒梯形)等对结晶器内液面波动和表面流速的影响。结果表明,连铸拉速和水口浸入深度对液面波动的影响比水口结构显著;水口上倾角由4°增大到8°、15°,结晶器表面流速有减小趋势,但因流股冲击深度减小,导致在结晶器弯月面处的波高增大。综合表明,针对实际连铸拉速1.10 m/min的需要,其适宜的水口结构为倒梯形水口侧孔、上倾8°,其在水口浸入深度110~120 mm范围内,液面平均波高为1.1~1.2 mm,平均表面流速约为0.103 m/s。同时用数值模拟方法比较了优化方案和原方案,同样表明优化方案液面较平稳,剪切卷渣概率较低。     

双带式非晶薄板连铸熔池流动传热数值模拟

以非晶合金新型双带连铸工艺为研究对象,考虑气体层与自由液面之间的交互作用,建立了熔池流动传热三维VOF两相流模型,通过对比分析,验证了新型布流器结构设计的合理性,考察了布流器水口倾角和浸入深度对熔池流场和温度场分布的影响。结果表明,新型布流器能够有效地降低熔池侧封区自由液面的波动程度;随着水口倾角和浸入深度的变化,熔池自由液面的波动速度和温度分布,均表现出强烈的"双波峰"现象;布流器水口倾角每增加15°,液面波动速度波峰约减小0.015m/s,温度波峰约减小10℃;水口浸入深度每增大5mm,液面速度波峰约减小0.01m/s,温度波峰约减小15℃;当水口倾角为30°,浸入深度为25mm时,熔池流场和温度场分布最为合理。     

拉速对板坯倒角结晶器钢液流动的影响

为研究凝固坯壳影响时拉速变化对板坯倒角结晶器内流场和温度场的影响,通过数值模拟和物理模拟研究相结合的方法,建立了板坯倒角结晶器流动、传热及凝固三维数学模型和相似比为1∶1的断面尺寸为1 490 mm×230 mm的板坯倒角结晶器物理模型。数值模拟和物理模拟流场形态及液面相同位置流速结果进行的对比分析表明了数模和水模试验结果趋势的一致性;拉速变化对倒角结晶器内流场及温度场的数值影响明显,但对整体形态影响不大;拉速增大到1.7 m/min时液面流速过快、波动剧烈,极易出现卷渣;拉速增大会强化钢液流股对窄面凝固坯壳的冲击,导致坯壳重熔减薄;在本试验研究范围内以1.5 m/min拉速进行生产能够取得较好的综合效果。     

宽板坯浸入式水口优化的物理模拟

通过水模型研究方法,对某钢厂200mm×1800mm连铸机结晶器内流体的流动行为进行了研究,在此基础上对水口的结构参数和工艺参数进行了优化。研究结果表明：①拉坯速度、水口底部形式、水口出口形状、出口角度、出口面积比以及浸入深度等参数对结晶器内流场有重要影响,在对其进行优化研究时应综合考虑;②在试验条件下,结晶器优选出的新型浸入式水口的最佳结构参数为：水口倾角15°,出口面积比2.0,出口形状为跑道形,底部形状为平底,结合现场生产实际建议浸入深度为125mm,拉速为1.45m/min。     

坯壳导电性对电磁制动结晶器多物理场的影响

采用雷诺时均方法,标准k-ε模型研究电磁制动下凝固坯壳导电性对板坯连铸结晶器内流场和电磁场的影响。计算了3种不同工况,1—忽略凝固坯壳导电性,2—凝固坯壳电导率取定值,该值等于钢液电导率,3—凝固坯壳电导率随温度变化,并对比了3种工况下感应电流、洛伦兹力、焦耳热及速度分布。结果表明,相较于凝固坯壳绝缘的情况,坯壳导电时,上环流减弱,下环流增强,环流涡心区域扩大;洛伦兹力、感应电流密度、焦耳热最大值出现在水口和射流区域,在制动区域内数值较高,随着远离制动区域而迅速衰减;坯壳导电时,数值和分布范围较坯壳绝缘时均有明显提高;电磁制动下坯壳导电性影响显著,因此模拟计算时凝固坏壳的导电性不应被忽略;由于凝固坯壳电导率接近钢液,因此工况2、3差异微小,由凝固坯壳导电引起的流场、感应电流密度分布和焦耳热分布的变化在工况2下变化幅度略大于工况3。