大方坯连铸凝固传热数学模型的研究

应用传热学基本理论,建立了大方坯连铸凝固传热数学模型.利用该模型对20#钢的319×4l0mm大方坯进行了凝固传热计算,并将计算结果与国外同类铸机同类产品的数据进行了比较,证明了该数学模型的可靠性和实用性.     

大方坯连铸过程凝固规律

通过建立425mm×320mm连铸大方坯二维凝固传热数学模型,模拟了凝固坯壳的长大过程,并通过窄面射钉实验对数学模型进行了验证,精确得到了任意位置处大方坯凝固坯壳的厚度分布情况及最终凝固终点的位置,发现经典的凝固平方根定律对于连铸大方坯的凝壳长大进程不再适用.回归宽面中心坯壳厚度与凝固时间平方根的关系式发现,结晶器弯月面至二冷区出口,近似为线性关系,符合平方根定律,二冷区出口至凝固终点,二者为非线性关系,不再符合平方根定律.     

连铸大方坯凝固终点的影响研究

建立了大方坯传热的数学模型,通过现场射钉实验对数学模型进行了校正,并通过数学模型确定了凝固终点位置,研究了过热度、拉速及二冷比水量等工艺参数对大方坯凝固终点位置的影响。研究结果表明,过热度对铸坯的凝固终点长度、液相的终点长度和固液两相区的长度影响较小,之间呈正比例线性关系;拉坯速度对其影响非常显著,之间呈正比例线性关系;二冷比水量对其影响比较显著,之间呈反比例线性关系。     

基于热量平衡的大方坯连铸传热数学模型研究

基于热量平衡原理建立了大方坯连铸过程的传热数学模型,通过对二冷区的分段和联立方程组求解,可以快速获得二冷区指定位置铸坯的坯壳厚度、表面温度、凝固潜热、散热等热状态参数。以某钢厂的大方坯连铸机生产45号钢为研究背景的数值模拟和现场测温表明,铸坯断面尺寸为260mm×340mm,铸机拉速为0．5m／min、0．6m／min时,模型的计算结果符合凝固规律,计算温度与实测温度的误差小于2％,计算结果可为大方坯动态轻压下工艺的优化提供可靠的依据。     

连铸坯大过程中传输现象基础知识系列讲座：第十九讲 连铸坯凝固传热数学

连铸坯凝固时的传热过程是一个十分复杂的过程，用等效传热系数的方法来描述则简便易行。介绍了等效传导传热模型的基本方程边界条件和初始条件、物性参数的处理以和值求解方法等。     

国内外大方坯连铸技术

介绍了国内外大广博中铸技术及工艺设备的发展情况，对攀钢新建大方坯连铸机提出了建议。     

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。     

连铸坯表面温度和热传递

连铸过程中,铸坯表面温度对铸坯质量有较大的影响。如果表面温度过高,则会出现拉漏,并导致鼓肚,这将造成内部质量差;在温度较低时,铸坯表面可能会出现一个脆性槽,从而引起表面裂纹。 应用铸坯凝固模型能计算出铸坯表面温度。然而,通过这些模型计算出的结果的精确度取决于有关喷水传热和辊子散热等方面的数据。在这些数据中,虽然有些是可以得到的,但对于这些模型,一个主要问题是,如何知道辊子和铸坯之间多余喷水带走多少热量,这个过程被称为环境热传递。     

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。     

Q345B钢连铸坯角裂形成原因分析

测试了Q345B钢的高温力学性能,鉴别了铸坯裂纹处析出物的类型,在此基础上分析了连铸坯角裂形成原因,并提出了消除角裂的工艺措施。     

Q345钢宽板坯连铸凝固末端位置的研究

根据武汉钢铁集团鄂城钢铁有限责任公司Q345钢宽板坯实际生产条件,建立宽板坯凝固传热数学模型来确定其凝固末端位置,并采用射钉法验证及修正.结果表明:射钉试验测量结果与凝固传热数学模型结果误差在±1.3％以内,模型计算结果能真实反映此钢种宽板坯凝固末端位置.在典型拉速1.15 m/min下,200 mm厚宽板坯两相区位于距结晶器液面13.32～20.95 m处;在典型拉速0.95 m/min下,250 mm厚宽板坯两相区位于距结晶器液面16.16～23.45m处;在典型拉速0.80 m/min下,300mm厚宽板坯两相区位于距结晶器液面19.34～27.65m处.不同拉速及铸坯厚度下,凝固末端位置差别较大.采用优化的轻压下技术后,Q345宽板坯中心偏析Ⅰ级内平均合格率由85.4％提高到99.5％.     

15CrMo 钢连铸方坯表面横裂的评估

15CrMo 钢轧材表面纵向裂纹多数是由于其连铸方坯的横向裂纹引起的.连铸方坯的横向裂纹是在结晶器内1300℃左右产生的超大原始奥氏体晶粒(直径大于1 mm)晶界产生的,采用低倍、金相、扫描电镜等方法分析了连铸方坯的晶间裂纹,并给出了连铸方坯表面晶间裂纹的判定方法.     

Numerical simulation of deformation-induced segregation in continuous casting of steel

The deformation-induced macrosegregation in continuous casting of steel has been simulated using a finite-volume scheme. For that purpose, a two-dimensional heat-flow computation was first performed in a Eulerian reference frame attached to the mold, assuming a unique solidification path, i.e., a unique relationship between temperature and enthalpy. This gave the stationary enthalpy field in the longitudinal section of the slab. On the other hand, bulging of the slab between two rolls was calculated in the same section, assuming plane-strain deformation and using the ABAQUS code. The Lagrangian reference frame was attached to the slab, and the rolls were moved at the surface until a stationary, bulging deformation profile was reached. The bulging of the surface was then used as an input condition for the calculation of the velocity and pressure fields in the interdendritic liquid. Using a fairly simple hypothesis for the deformation of the solid skeleton, the mass conservation and Darcy equations were solved in a Eulerian reference frame. This calculation was performed in an iterative loop, within which the solute conservation equation was also solved. At convergence and using the enthalpy field, this calculation allowed to obtain the temperature, the volume fraction of solid, and the average concentration fields, in addition to the fluid velocity and pressure. It is shown that the positive centerline segregation of carbon in the slab is well reproduced with this model. The effects of shrinkage and soft reduction were also investigated.     

连铸板坯凝固传热过程的计算机模拟

建立了板坯连铸的凝固传热数学模型,充分考虑了弧形铸坯的几何特点,采用有限单元法求解控制方程。通过变参数φ来考虑铸坯内钢水和两相糊状区的导热系数,计算了参数φ、结晶热通量、拉速和二冷强度对铸坯表面温度和坯壳厚度的影响。结果表明,模型的准确性得到提高,拉速对固液界面有明显影响,二冷强度对铸坯表面温度影响非常大。     

连铸板坯表面温度控制器的设计

以某钢厂引进的连铸板坯二冷动态控制系统为研究对象,提出了基于改进粒子群BP算法的板坯二冷区表面温度神经网络控制器.以实际生产现场的设备、工艺参数为基础进行了仿真研究,结果表明表面温度神经网络控制器的输出结果与实际生产参数的误差小于2%,研究结果对引进的同类连铸板坯二冷控制系统的升级改造具有指导意义.     

大方坯连铸温度场动态仿真系统的开发与应用

基于凝固传热学基本理论与对大方坯连铸工况进行分析,建立了大方坯动态铸坯温度场跟踪模型、动态工况模型和设备与工艺参数库,开发了大方坯连铸温度场动态仿真系统。利用包钢新建大方坯连铸机仿真系统对20^#,45^#,U75V三个钢种在不同工况下的温度场进行了模拟。射钉实验证明,仿真结果达到工艺要求的精度,仿真系统能够真实准确地模拟连铸浇铸全过程中铸坯温度场分布,再现大方坯浇铸的动态过程,并精确计算大方坯连铸的凝固终点位置,为大方坯动态二冷配水与动态轻压下新技术的在线控制系统的应用提供了重要技术支持。该仿真系统设计界面友好、操作简捷,可作为生产过程中工艺参数优化和离线仿真的有效平台。     

大方坯末端电磁搅拌工艺参数优化

结合某厂大方坯连铸机的实际情况,采用Pro CAST软件建立了数学传热模型,并利用射钉结果对模型加以修正,提高了模型的准确性。根据大方坯模拟结果,末端电磁搅拌位置设在凝固率为0.6~0.7或者液芯35~55 mm处效果不佳,研究铸坯凝固规律,选择装在中心固相率为0.1处,这与3/4液相穴位置相对应。根据固相率为0.1的概念,得出过热度28℃,比水量0.6 L/kg条件下,拉速0.78 m/min偏大,推荐拉速0.7 m/mim,并计算了最佳拉速随现场过热度的变化。优化后铸坯内部质量明显改善。     

板坯连铸中间包内夹杂物去除的数值模拟

以某厂50tT型2流中间包为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了三维有限体积模型,采用多相流模型对中间包内钢液的流动特性、温度分布与夹杂物去除规律进行了数值模拟,重点研究了不同堰-坝组合方式、湍流抑制器形状、拉速、夹杂物粒径等工艺参数对中间包内钢水平均停留时间、夹杂物上浮率的影响。结果表明:湍流抑制器对夹杂物的上浮去除影响不大;随着夹杂物粒径的增大,夹杂物的上浮率迅速增大;20μm以下的夹杂物则很难在中间包内上浮去除;随着拉速的增大,夹杂物的上浮率是不断减小的;采用堰A=300cm、坝B=400cm、方形瓦楞湍流抑制器、过滤器组合式控流装置时夹杂物的上浮去除效果最好。     

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.