应用FEM数值模拟优化连铸结晶器

研究了应用FEM数值模拟优化连铸过程和结晶器。结晶器的优化设计通常从连铸过程中的稳态模拟开始。根据理论数据，使用边界条件来确保计算过程尽可能地接近实际；物理特性的使用以及在连铸过程中记录下的测量数据使计算得到调整并适应于连铸实际工作条件。应用这些初期的基础计算，可进一步地模拟冷却参数、结晶器材质和镀层改变对结晶器所造成的影响。使用FEM软件计算，除了可以优化连铸过程，还可以提高结晶器寿命，同时提高连铸产品的质量。在考虑结晶器热力学问题的同时，还应考虑使用为确定母材和钢坯应力的热结构分析法，以及为模拟熔化流动和冷却水设计的CFD软件(计算流体动力学)和FSI软件(流体结构相互作用模拟)，这些分析方法得到了越来越广泛的应用。     

厚板坯连铸结晶器流场数值模拟

针对鞍钢新轧钢第一炼钢厂厚板坯连铸结晶器建立了三维湍流数学模型和三维实体模型.应用有限元软件对厚板坯连铸结晶器内的流场进行了模拟,计算了铸机拉速、浸入式水口出口倾角和水口浸入深度等工艺参数对结晶器内钢液流动的影响.对比表明,数值模拟结果与水模实验结果相符.     

板坯连铸过程包含相变的三维瞬态热传导数值模拟

利用有限元软件ABAQUS/Standard对连铸结晶器和板坯进行了三维瞬态热传导数值分析,数值模拟计算了温度场.假设相变是在恒温下进行的,三维瞬态热传导方程中引入了潜热,即模拟过程考虑了金属结晶过程中释放的热量.同时也考虑了运动的板坯与结晶器之间的相互作用,从而获得了更准确的连铸过程中结晶器和板坯的温度场分布.     

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.     

内冷却器-U形管对板坯连铸结晶器内钢水流动的影响

针对1 240 mm×200 mm板坯连铸提出了一种钢水内外复合冷却技术,即在“结晶器内设置内冷却器-U形管”,起到提高传热效率和改善钢液流动之目的。运用流体力学分析软件,就内外复合冷却结晶器内钢水的流动状态进行了数值模拟,发现内冷却器可以使结晶器内钢水的流动状态均匀,部分起到电磁制动之功效,有利于钢液中的夹杂物上浮。     

板坯连铸过程包含相变的三维瞬态热传导数值模拟

利用有限元软件ABAQUS／Standard对连铸结晶器和板坯进行了三维瞬态热传导数值分析，数值模拟计算了温度场．假设相变是在恒温下进行的，三维瞬态热传导方程中引入了潜热，即模拟过程考虑了金属结晶过程中释放的热量．同时也考虑了运动的板坯与结晶器之间的相互作用，从而获得了更准确的连铸过程中结晶器和板坯的温度场分布．     

连铸结晶器内弯月面行为的研究

采用水模实验以及电脑影像技术,对连铸结晶器内钢液弯月面进行了模拟研究,对不同工艺条件下的钢液弯月面进行了数值模拟.     

板坯连铸结晶器内流体流动的反应工程学

 以太钢第三炼钢厂的板坯连铸为原型,使用CFX软件建立结晶器内流场流动的虚拟模型对其进行数值模拟。通过改变结晶器的几何参数和物理参数,进行板坯连铸结晶器内流体流动的反应工程学研究,得出拉坯速度、水口浸入深度和倾角对结晶器内流股冲击深度、自由液面最大湍动能、窄面最大剪切力的定量影响。     

连铸过程中夹杂物去除数值模拟研究现状

摘要：随着钢材质量要求的提高,连铸过程中夹杂物的控制已经成为了钢铁企业的重要课题。受限于现实条件及连铸过程的复杂性,数值模拟技术成为了研究连铸过程夹杂物行为的重要手段之一。结合数值模拟研究现状介绍了中间包内电磁技术、流动控制元件和底吹氩技术对夹杂物上浮去除的积极作用,发现夹杂物性质及非等温条件对夹杂物行为的影响还较少被研究;探讨了优化浸入式水口（SEN）和合理应用电磁技术对结晶器内夹杂物去除的重要影响,当前结晶器内的夹杂物模拟研究正在向微观层面进行过渡。连铸过程中夹杂物行为的数值模拟研究随着计算机技术的发展和数学模型的完善也在不断进步。     

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。     

160 mm×160 mm小方坯连铸结晶器内流场数值模拟

采用Fluent软件对断面为160 mm×160 mm小方坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以结晶器表面流速以及结晶器内钢液的流场状态为主要参考目标,模拟研究了160 mm×160 mm小方坯结晶器在不同拉速条件下相适应的水口浸入深度,并对数值模拟结果相应地进行了水模拟验证。结果表明,当小方坯结晶器的拉速为1.7 ～1.9 m/min、浸入深度为80～100 mm时,结晶器内流场较为适宜,不会因液面波动剧烈而造成卷渣等问题。研究结果为小方坯连铸结晶器制定合理的浇注工艺提供了理论指导。     

数值模拟在旋转芯轴压铸工艺优化中的运用

用数值模拟软件ProCAST对汽车安全带旋转芯轴压铸件原工艺方案的充型过程进行模拟并预测可能产生缩孔、缩松的位置,发现在压铸件的两端出现了缩松。通过在铸件两端增设溢流槽的工艺方案后,模拟结果表明铸件中消除缩松,保证了铸件的质量,为该压铸件模具设计提供了优化的工艺设计方案。     

180 mm×610 mm板坯连铸结晶器内流场水模型及数值模拟

以北方某钢厂断面为180 mm×610 mm板坯连铸结晶器为原型,针对其生产过程中出现的表面流速波动较大、易卷渣等问题,采用Fluent数值模拟软件,对其浸入式水口底部结构、浸入深度和拉速等工艺参数进行了优化研究,并对数值模拟结果进行了冷态水模拟验证。结果表明,当不改变浸入式水口底部结构,水口浸入深度为100 mm时,拉坯速度应不超过1.45 m/min;当拉坯速度提升至1.55 m/min时,水口浸入深度应保持在120～130 mm时较为合适;若要保持原有工艺条件(拉速为1.55 m/min、浸入深度为100 mm)不变的情况下,应将水口底部结构改为凹槽深度为10 mm的凹面水口,此时结晶器表面流速较为适宜。     

Multiphase Flow and Thermo-Mechanical Behaviors of Solidifying Shell in Continuous Casting Mold

 The metallurgical phenomena occurring in the continuous casting mold have a significant influence on the performance and the quality of steel product. The multiphase flow phenomena of molten steel, steel/slag interface and gas bubbles in the slab continuous casting mold were described by numerical simulation, and the effect of electromagnetic brake (EMBR) and argon gas blowing on the process were investigated. The relationship between wavy fluctuation height near meniscus and the level fluctuation index F, which reflects the situation of mold flux entrapment, was clarified. Moreover, based on a microsegregation model of solute elements in mushy zone with δ/γ transformation and a thermo-mechanical coupling finite element model of shell solidification, the thermal and mechanical behaviors of solidifying shell including the dynamic distribution laws of air gap and mold flux, temperature and stress of shell in slab continuous casting mold were described.     

基于无网格伽辽金法的连铸坯凝固计算方法

为考察无网格方法求解铸坯凝固过程的可行性,本文依据移动最小二乘和变分原理,推导并建立了基于无网格伽辽金法的结晶器内铸坯凝固过程二维非稳态传热/凝固数学模型。以小方坯凝固过程为对象,分别采用节点均匀布置、加密布置、随机布置方式,模拟分析了小方坯凝固过程的温度场变化,并将计算结果与参考解、有限元法数值解进行了对比,结果证实无网格伽辽金法在计算精度、自适应性、网格依赖性等方面均优于有限元法。研究结果为无网格方法应用于连铸过程的传热、凝固以及应力/应变行为的数值计算提供参考。      

MCCR产线110mm薄板坯结晶器流场的数值模拟

首钢京唐MCCR产线是国内第一条多模式连铸连轧产线,薄板坯高拉速连铸是实现无头轧制模式的基础,结晶器内流场控制是决定薄板坯高拉速连铸的关键.采用VOF两相流模型研究薄板坯连铸结晶器内流场特点,采用插钉法测量实际生产过程结晶器弯月面流速,并与对应工况条件下模拟结果进行对比校验了模型准确性.通过薄板坯连铸结晶器内流场的数值...     

板坯连铸结晶器内非金属夹杂物伴随流动的运动踪迹研究

以实际连铸生产的奥氏体和铁素体两大类不锈钢种为对象,采用数值模拟方法研究了板坯连铸机结晶器内伴随钢液流动的非金属夹杂物运动轨迹。根据夹杂踪迹模拟结果,首先了解了夹杂颗粒在结晶器聚集的主要分布区域。其次,夹杂物在结晶器的上浮几率与夹杂物的自身粒径、铸机拉速以及结晶器宽度等有关,其中粒径是决定性因素。     

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.     

1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场与温度场数值模拟

为研究连铸工艺参数对结晶器内部钢液的作用规律,对涟钢1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场和温度场进行了系统的数值模拟,研究了不同吹氩量(0～7 L/min)、不同水口浸入深度(110～150 mm)和不同拉速(0.9～1.2 m/min)对结晶器内钢液行为的综合影响。结果表明,随着吹氩量增加,自由液面的钢液流速和温度总体呈现降低的趋势;随着水口浸入深度增加,自由液面的钢液流速先降低后增加;随着拉速增加,自由液面的钢液流速增加;水口浸入深度和拉速对温度场的影响较小。当吹氩量为5 L/min、水口浸入深度为130 mm、拉速为0.9 m/min时,结晶器自由液面具有较小的钢液流速和湍动能,同时液面具有较好的温度均匀性。通过数值模拟研究,为合理选择结晶器相关工艺参数提供了理论依据。