宝钢厚板连铸机结晶器凝固传热模型的研究和开发

以宝钢厚板连铸机结晶器一冷传热过程为研究对象,结合高温铸坯在结晶器内的实际热量传输规律,建立了宝钢厚板连铸机结晶器凝固和传热模型.结晶器内凝固传热过程分为凝固坯壳传热、缝隙间传热和结晶器铜板传热,其中结晶器缝隙问传热模型综合考虑了气隙、保护渣和振痕对传热的影响.利用Fortran语言对模型进行编程,开发出相应的结晶器凝固和传热仿真软件Moheat.结合厚板连铸机结晶器生产数据,对模型进行了验证.所得计算结果符合实际测量值.利用该软件能够对不同生产工艺下的凝固坯壳厚度、坯壳表面温度、结晶器铜板温度、冷却水温差以及结晶器理想锥度等进行计算,分析和优化结晶器一冷制度,指导连铸生产.     

连铸过程结晶器内钢水凝固收缩计算研究

针对连铸结晶器铜管的锥度设计问题,采用凝固收缩——传热反馈调节计算方法,对130 mm×130 mm连铸结晶器内的传热、凝固及凝固收缩进行了计算研究,并与传统的利用假设的热流密度进行连铸坯锥度设计的计算方法进行对比。结果表明该计算方法可以有效地模拟实际连铸过程中角部区域凝固收缩对热流密度及温度分布的影响。针对CB300-V钢种,断面130 mm×130 mm连铸坯在3 m/min拉速下的计算结果为:凝固坯壳角部温度1 250℃,与经典热流公式计算的角部温度700℃有明显差别,面中心处明显的收缩开始于距结晶器上沿0.4 m的位置,凝固收缩的数值集中在0.000 2 m的范围内,角部最大收缩量为0.001 575 m。随着距表面距离的加大,凝固收缩呈减小趋势,凝固收缩的减少量与距离呈非线性关系。     

圆坯钢电磁软接触连铸的实验研究

为确定工业实验基本参数,对电磁软接触连铸结晶器进行了优化设计计算,设计制作了φ100 mm圆坯电磁软接触连铸结晶器,利用Sn-Pb-Bi合金实验研究了结晶器内的弯月面行为,并进行了w(C)为0.22%钢坯的电磁软接触连铸实验。结果表明,电磁软接触连铸结晶器内磁场和弯月面变形具有不均匀性,切缝数为12时,磁场周向分布和弯月面变形较均匀。输入功率增加,弯月面高度增高,液面波动加剧。对于100 mm圆坯电磁软接触连铸系统,功率可控制在50~60 kW左右。实际应用中,浇注液面应控制在线圈中心偏上位置。较低的电源频率可获得较高的弯月面,频率应控制在20 kHz左右,可获得较高的周向均匀的磁场。获得了表面质量改善的电磁软接触连铸钢坯。随功率增加,铸坯表面依次会出现环状振痕、无振痕和波纹状振痕等3种振痕形态。     

基于热流密度分布模型的连铸倒角结晶器温度分布研究

基于热流密度分布模型,建立了全弧形板坯连铸机倒角结晶器窄面冷却水流动和铜板传热耦合的数学模型。采用多元回归的方法拟合得到描述连铸结晶器热流密度对结晶器高度的函数表达式。铜板表面沿拉坯方向的热流密度呈非线性分布,弯月面附近的热流密度先急剧增加然后迅速减小,在距离弯月面0.1 m处的热流密度达到最大值。模型计算结果表明,在结晶器距上口150～200 mm的铜板表面温度最高达到608～678 K,低于723 K的铬锆铜再结晶软化温度;尽管该区域铜板水缝的最高表面温度近420 K,但不影响整体传热。计算的铜板温度与热电偶测量值相吻合。     

连铸坯表面振痕形成机理的研究

详细分析了连铸坯凝固初期弯月面处与振痕形成有关的许多显著而短暂的现象,总结了振痕形成的机理,讨论了影响振痕形成的主要因素.研究结果表明:应该综合考虑连铸过程中的工艺参数以及采用结晶器非正弦振动技术减轻振痕,提高铸坯表面质量.     

高钛钢板坯连铸凝固传热与压下量数值计算研究

高钛钢具有较高的耐磨性、韧性、强度及晶间抗腐蚀性,已得到较普遍应用.针对高钛钢板坯连铸过程凝固传热与理论压下量开展了数值计算研究,结果表明:拉速1.0 m/min时,高钛钢在结晶器出口位置坯壳厚度约15mm,凝固终点距弯月面约20.4 m,两相区长度约10.8 m,拉速每增加0.1m/min,结晶器出口坯壳厚度减小约0.2 mm,凝固终点向后移动1.7 m,两相区长度增加约0.9 m,不同拉速时,补缩两相区凝固收缩所需理论压下量基本相同,约为2.2 mm.     

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。     

70钢小方坯芯部质量优化

建立小方坯连铸凝固传热模型,通过测温和射钉试验校核模型,模型计算结果与测温和射钉试验结果间的相对误差分别为0.1％和0.64％,说明模型能够有效反映小方坯连铸的凝固传热情况.提高拉速后,铸坯的中心偏析和疏松加重.为优化高拉速下连铸坯的中心质量,依据模型计算结果及前人安装经验,将末端电磁搅拌安装装置由原来距离结晶器弯月面...     

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。      

连铸结晶器弯月面区域传热模拟

用体积控制法对连铸结晶器弯月面区域的温度场进行了数值模拟,然后用鹿岛制铁所的一整套原始数据进行验证计算,计算输出为温度场分布、凝壳表面温度、凝壳厚度、渣圈形状、渣缝隙宽度等数值结果。温度场的进一步分析表明,弯月面部分凝固是铸坯表面振痕形成的根本原因。     

IF钢连铸坯凝固钩数学模拟与试验

 根据IF钢连铸坯凝固钩的形成机理,通过建立二维纵向切片传热模型,模拟了凝固钩的演变行为;结合金相试验结果分析了连铸工艺参数对凝固钩深度的影响。结果表明,在初始凝固过程中,凝固钩中经历了形成、熔化及生长等阶段,在数学模拟条件下,当结晶器内由浸入式水口流出的钢液温度为1 555 ℃、拉速为1.3 m/min时,在距离弯月面55.12 mm处,即凝固钩生长达到稳定状态,其深度为2.368 mm。当拉坯速度、结晶器内钢水温度、振动频率增加时,凝固钩深度均减小。凝固钩数学模拟结果符合实际生产。     

连铸坯振痕的形成机理及控制技术的发展

详细分析了连铸坯弯月面处初始凝固坯壳的传热和力学特性,对振痕形成的机理及控制技术进行了总结,并提出自己的一些看法。     

水平连铸是如何实现拉坯的？

水平连铸是如何实现拉坯的？对弧形连铸机，凝固开始于结晶器的弯月面，结晶器振动，向下拉坯。对水平连铸机，由于中间包与结晶器密封连结，钢水供应与拉坯方向垂直，拉坯方式就不能按弧形连铸机的办法。水平连铸钢水凝固开始与结晶器连接的分离环（ＢＮ），钢水从中间包...     

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.     

连铸结晶器内大方坯的热力耦合分析

针对攀钢大方坯连铸机投产初期铸坯表面角部纵裂缺陷,建立了大方坯连铸结晶器内铜板与铸坯问的热力耦合模型,应用模型分析了大方坯连铸结晶器内的传热过程和坯壳的应力分布.在传热模型中,以稳态模型分析结晶器的传热过程,以瞬态模型分析铸坯的传热过程;在力学模型中,考虑铸坯和结晶器的接触边界以处理结晶器角部的气隙,以热弹塑性模型分析铸坯的变形和应力场.2种结构的连铸结晶器中大方坯温度场和应力场计算结果表明,结晶器倒角从25 mm×45°变为12 mm×45°时,可改善铸坯角部的传热条件,降低凝固坯壳角部温度,增加凝固坯壳厚度,有利于减轻和防止铸坯角部裂纹.     

宝钢3号板坯连铸结晶器传热行为的模拟研究

通过建立传热模型,研究了板坯结晶器的传热行为.模型的建立考虑到结晶器内湍流运动对过热度分布的影响,提出了耦合流场和温度场求解坯壳热流密度,并将其导入传热模型计算的方法.模型包括凝固坯壳,结晶器缝隙和铜板的传热,其中计算结晶器缝隙间热量传递过程中,综合考虑了振痕、固渣层、液渣层和气隙对传热的影响,并做了相应处理.模型能根据不同的生产工艺(不同断面形状和尺寸、拉速等),对凝固坯壳厚度,表面温度,结晶器铜板温度,冷却水温差,以及结晶器理想锥度等进行计算.结合宝钢3号连铸机结晶器生产数据,对模型进行了验证,所得计算结果符合实际测量值.     

基于无网格伽辽金法的板坯传热及力学行为

 与基于网格离散的数值计算方法相比,无网格方法利用离散节点代替网格单元,回避了拓扑结构复杂、单元编号和信息传递等问题,在模拟分析相变界面移动、大变形、裂纹动态扩展等方面展现出极大的适用性。依据移动最小二乘法构造了场量近似函数,针对连铸板坯在结晶器初始凝固过程中的传热特征,构造和推导了基于无网格伽辽金法的板坯传热和凝固行为控制方程,结合采用伽辽金积分弱形式和变分原理,建立了铸坯热弹塑性二维横截面数值计算模型,以连铸生产现场实测铜板温度反算的结晶器热流为边界条件,模拟和分析了结晶器内初生坯壳的非均匀传热、应力和应变。研究结果表明,板坯在结晶器内宽度方向的传热和力学行为呈现出显著的非均匀特征,在距离弯月面200 mm范围内是应力应变快速增长阶段,之后应力应变增长速度放缓,距弯月面550 mm处,铸坯等效应力和应变出现极大值,分别为15.97 MPa和0.76%;在宽度方向上,角部受二维散热的影响,温度下降较快,出现应力集中现象,相邻的偏角部存在应力应变低谷,与角部在温度、应力、应变方面存在较大差异。上述结果验证了无网格方法计算铸坯非均匀传热、力学行为的可行性和适用性,为无网格方法应用至铸坯裂纹萌生与扩展的研究提供基础和参考。     

大圆坯连铸二冷配水设计模型的开发

根据钢厂新建Φ600 mm圆坯连铸机的主要技术参数,建立柱坐标一维非稳态连铸坯凝固传热数学模型,运用有限差分法求解并编制相关程序,分析拉速、过热度、冷却强度对铸坯温度的影响,实现在给定水量下连铸坯温度场的计算。浇铸Φ500 mm轴承钢GCr15SiMn计算得出拉速每提高0.1 m/min,出结晶器处凝固坯壳厚度减薄约7.9 mm,凝固终点延长6.7 m。     

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。     

钢种差异性对板坯连铸自由线收缩的影响规律研究

建立了连铸板坯凝固传热与自由线收缩计算模型.揭示了板坯连铸凝固与冷却过程线收缩的一般规律.针对304不锈钢和Q235B板坯连铸,结合实际生产冷却条件的计算分析表明:连铸过程板坯厚度的自由线收缩在二冷初期较为平缓,二冷后期铸坯凝固末端附近为快速线收缩阶段;相同目标表面温度下,304不锈钢板坯在铸机各位置处的厚度方向自由线收缩量均小于Q235B,且随距弯月面距离的增加,两者的差距先逐渐增加后趋于稳定.