中薄板坯连铸结晶器内钢水流场的数值模拟

 以鞍钢中薄板坯连铸机为对象，在商业软件CFX44的平台上对结晶器内钢水流动和液面波动过程进行了数值模拟，重点研究了其所独有的3孔浸入式水口的冶金功能。针对3孔浸入式水口不同侧孔倾角和浸入深度，数值模拟对结晶器内钢水流动做出了较为详细的预报，研究工作就此分别考察了水口中心孔流量变化和钢水液面波动幅度。     

大方坯连铸结晶器内钢水流场的数值模拟

 采用数值模拟的方法对大方坯结晶器内钢水流动过程进行了理论计算和分析,评估了浸入式水口结构对结晶器综合冶金效果的影响,并讨论了有关工艺参数与浸入式水口结构参数的关系。结果表明,浸入式水口结构及其工艺参数对结晶器内钢水流场分布及湍流粘度分布影响显著。     

280mm×380mm方坯连铸结晶器钢水流场的数值模拟

借助商业软件CFX4．4，对拉速O．8m／min、两孔浸入式水口结构内腔中的钢水流动和（衄）280×380×800结晶器内70L（0．70%℃）钢水流场进行了数值模拟。结果表明，侧孔倾角度10°、20°时，结晶器液面附近有二次漩涡出现，易造成卷渣；倾角30°时，液面相对平静；水口插入深度175—225mm时，水口射流对结晶器钢水液面没有明显的冲击。     

板坯连铸结晶器钢液流场的数值模拟

 运用Fluent软件,对断面150 mm×460 mm的板坯结晶器钢液流场进行了数值模拟,研究了不同水口侧孔面积和长宽比条件下流场的变化情况,并对倾角和插入深度等参数进行了优化。结果表明,长宽比一定时,面积比越大则液面最大速度越小,冲击深度和冲击压力也越小。面积比一定时,大的长宽比有利于减小液面最大速度、冲击压力以及流股对窄面的冲刷。确定了在不改变水口内径、底面形状和出口形状的前提下,适合该结晶器水口的侧孔断面为25 mm×40 mm,倾角为15°,插入深度为200 mm。     

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。     

板坯连铸浸入式水口出口速度对结晶器流场影响的数值模拟

以宝钢一连铸板坯结晶器为研究对象,采用大型商业软件CFX4.3,将模拟计算出的浸入式水口的出口速度直接赋给结晶器作为入口条件,计算了结晶器内钢液的流动情况.结果表明:速度矢量在水口出口截面分布不均匀、方向与水口倾角不一致.因此,有必要将水口计算结果与结晶器模型结合起来以更好地反映钢液的流动情况.     

280 mm×380 mm铸坯结晶器内钢水凝固与传热仿真研究

通过CFX4.4商用软件对280 mm×380 mm连铸坯结晶器内70L钢水流动传热、凝固过程进行了数值模拟,评估浸入式水口结构对结晶器综合冶金效果的影响.结果表明,随两侧孔浸入式水口插入深度和倾角的增加,坯壳厚度由宽面中心到角部逐渐减薄,但厚度比较均匀,高温区面积随之增大,位置下移;拉坯速度增加,宽面到窄面的坯壳厚度均有明显减薄.     

板坯连铸机结晶器内钢液流场的数值模拟

基于流体力学的基本理论,利用商业软件fluent的,κ-ε湍流模型,实现了对结晶器内钢液流场的三维数学模拟.重点分析了浸入式水口的形状、插入深度、水口侧孔倾角以及拉速等工艺参数对结晶器钢液流场的影响.结果表明,对于断面为1280 mm × 180 mm的板坯结晶器,水口插入深度为150 mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1 m/min时,结晶器内的流场较好.     

连铸结晶器内钢水流动控制技术

当今连铸机的成功应用可以说是由于浸入式水口、结晶器振动和熔融保护渣的使用所致。这些技术中结晶器内钢水流动控制技术是提高连铸生产率和铸坯质量的关键，本文就各种流动控制技术进行介绍。     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以安钢宽板坯连铸为研究对象,采用大型商业软件ANSYSCFX10.0,应用VOF法重点研究浸入式水口倾角、拉速、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度从1800mm增大到3250mm,结晶器内液面平均波高明显降低.当宽度为1800mm时,结晶器保护渣-钢液界面平均波高为5.33mm;当宽度增至3250mm时,平均波高为7.08mm.     

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。     

连铸过程中湍流传输和两相区凝固的数值模拟

综述了在连铸数值模拟过程中，为评估流体流动对铸坯热量传递和凝固过程影响所开发的有效导热模型和耦合模型。根据文献和用商业CFD软件计算的结果分析了在连铸湍流传输和两相区凝固的数值模拟过程中影响模型预测精确性的关键因素，包括有效导热模型中有效导热系数的确定、数值模拟模型的选取、湍流模型的应用、连铸坯凝固过程中湍流向层流的过渡、两相区流动中多孔介质的渗透率取值、固相分率与温度和成分的关系等，并给出选取合适模型参数的原则。     

反向凝固结晶器中流动与传热的数值模拟

文中根据连续统一模型建立了描述反向凝固结晶器中的流动与传热的数学模型。研究结果表明了反向凝固工艺母带增长的三阶段规律。即快速增长。平衡相持和快速回熔^[1,3,5]。通过母带厚度的实验值和模拟值的比较。验证了模型的正确性。     

板坯结晶器内钢液综合冶金行为的数值模拟

数值模拟了板坯结晶器内钢液的综合冶金行为.结果表明:钢水的流动状态主要决定于浸入式水口钢水射流形态和强度.在已经给定浸入式水口工作端的条件下,由于水口吐出孔附近存在低压抽引回流区,所以钢水仅从吐出孔下部流出,降低了水口吐出孔的有效利用面积.大断面会使其弯月面的过热度降低;坯壳温度变化主要集中在窄面冲击区域,该区域坯壳温度随铸坯断面增加而降低.断面尺寸为1 400 mm×230 mm和1 600 mm×230 mm的铸坯,结晶器出口处窄面凝固坯壳厚度能达到11.5 mm;对于1 800 mm ×230 mm断面在结晶器出口处窄面凝固坯壳厚度能达到13.4 mm.铸坯宽面坯壳厚度受断面变化的影响很小.     

基于连续模型的板坯连铸凝固过程的数值模拟

结合实际测量数据，建立了基于连续模型的板坯连铸过程流场、温度场和凝固的三维耦合数学模型。计算结果表明：该模型可用于描述连铸板坯结晶器和整个二冷喷水区的凝固进程；凝固坯壳的生长限制了流体流动的空间，加快了水口出口钢流的动量衰减；流体流动加快了铸坯内部传热机制由对流向热传导传热的转变进程，控制了两相区的发展。     

Fluid Flow and Solidification Simulation in Beam Blank Continuous Casting Process With 3D Coupled Model

Based on turbulent theory, a 3D coupled model of fluid flow and solidification was built using finite difference method and used to study the influence of superheating degree and casting speed on fluid flow and solidification, analyze the interaction between shell and molten steel, and compare the temperature distribution under different technological conditions. The results indicate that high superheating degree can lengthen the liquid-core depth and make the crack and breakout possible, so suitable superheating should be controlled within 35℃ according to the simulation results. Casting speed which is one of the most important technological parameters of improving production rate, should be controlled between 0. 85 m/min and 1.05 m/min and the caster has great potential in the improvement of blank quality.