Research on the trajectory of non-metal inclusions with the flow in the mold during the solidification of continuous casting slabs

By means of the numerical simulation method,the mathematical model of inclusions movement in the mold is established under the condition of austenitic and ferritic stainless steel slab production.According to the simulation results,the main zones for inclusion particles accumulation were found and many factors that affected floating-up probability of inclusion particles were identified.These factors include the inclusion particle size,the casting speed and the slab width,etc.It is believed that the inclusion particle size is the key one among these factors.     

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。     

板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟

基于流体力学基本原理,采用Fluent软件建立板坯连铸结晶器及浸入式水口的三维有限元体积模型,模拟研究了水口不对中和水口单孔结瘤条件下结晶器内流体的流动特征和温度场分布状况.结果表明:水口对中不良时,结晶器两侧回流明显不对称,液面会产生旋涡,水口偏向侧温度高于水口偏离侧;水口出口单孔结瘤时,未结瘤侧流股增强,液面流速增大,并且液面有涡流产生,结瘤侧新鲜钢液减少,温度偏低.     

Simulation of thermal behavior during peritectic steel solidification in slab continuous casting mold

Thermal behavior of the solidifying shell in continuous casting mold is very important to final steel products.In the present work,one two-dimension transient thermal-mechanical finite element model was developed to simulate the thermal behavior of peritectic steel solidifying in slab continuous casting mold by using the sequential coupling method.In this model,the steel physical properties at high temperature was gotten from the micro-segregation model withδ/γtransformation in mushy zone,and the heat flux was obtained according to the displacement between the surface of solidifying shell and the hot face of mold as solidification contraction,the liquid-solid structure and distribution of mold flux,and the temperature distribution of slab surface and mold hot face,in addition,the rate-dependent elastic-viscoplastic constitutive equation was applied to account for the evolution of shell stress in the mold.With this model,the variation characteristics of surface temperature,heat flux, and growth of the solidifying shell corner,as well as the thickness distribution of the liquid flux,solidified flux,air gap and the corresponding thermal resistance were described.     

Simulation and verification of solidification process of stainless steel 316 in the mould during continuous casting

采用三维有限元技术,研究了连铸过程中高温区6铁素体含量对钢水凝固的影响。通过对316不锈钢板坯浇铸过程的模拟,获得了凝固过程中6铁素体含量对坯壳出口温度、角部温度及坯壳厚度变化的影响规律。研究发现铁素体含量能够极大增加坯壳纵向温度,但对横向温度的梯度的变化影响较小。通过分析横向温度的变化,确定在距角部40mm左右处坯壳最薄。同时,也研究了出口坯壳厚度变化规律,随着8铁素体含量的增加,出口处坯壳厚度逐渐减小,厚度差逐渐变大。     

立式电磁制动对不同水口角度下连铸结晶器内流场的控制

利用Fluent软件模拟计算了常规板坯连铸和立式电磁制动板坯连铸过程,详细研究了不同水口出口角度结晶器内三维流场,为评价立式电磁制动技术的冶金效果提供理论依据.研究表明:常规连铸过程水口出口角度增加时,不利于夹杂物的上浮,影响铸坯质量;不同水口出口角度连铸过程应用立式电磁制动技术后,自由表面钢液流速、钢液主射流的运动速度和下回流区的冲击深度显著减小,利于稳定液面波动、减少卷渣、防止漏钢和促进夹杂物的上浮,符合立式电磁制动技术的设计思想.     

板坯连铸结晶器内钢液流动的数值模拟

利用Fluent软件对1650mm×220mm板坯结晶器建立了三维稳态数学模型,对三种方案条件下结晶器内钢液流动进行模拟.结果表明,结晶器的宽度对结晶器表面速度分布影响显著,随着结晶器宽度的增加,结晶器表面的速度分布越来越不均匀.表面的最大速度受到多种参数的影响,包括浸入式水口入口钢液的速度、水口出口角度和水口浸入深度等,其中入口钢液的速度影响最为显著.最优方案为：铸坯宽度1100mm,底部结构为山形和出口角度向下30°的水口,水口浸入深度120mm,流量为11.6m³·h^-1,入口速度为0.8384m·s^-1.     

ML08Al冷镦钢连铸坯中夹杂物的研究

利用转炉冶炼生产ML08Al冷镦钢，生产过程中通过冶炼工艺的优化，改善了钢中非金属夹杂物的形态和行为，提高了钢的质量。同时还特别对连铸坯进行了必要的检测分析，并对ML08Al冷镦钢连铸坯中非金属夹杂物的形态与行为做了深人的研究。提出了改善产品质量的措施和提高钢的纯净度的手段和方法。     

304不锈钢连铸过程中结晶器渣圈形成机制

 在连铸过程中,结晶器易结渣圈是造成铸坯产生缺陷的主要原因之一。对304不锈钢板坯连铸过程中结晶器保护渣原渣、距开浇60 min时的液渣和渣圈的化学组成、理化性能、结晶矿相以及渣圈形貌结构进行对比分析。结果表明,连铸过程中TiO2和Cr2O3从钢液进入液渣生成高熔点氧化物,使液渣和渣圈的完全熔化温度和黏度显著增大,碱度、转折温度降低。液渣与渣圈的物相以枪晶石和钙铝黄长石为主。高熔点相钙铝黄长石的大量析出以及TiO2和Cr2O3进入液渣使液渣黏度增大是渣圈形成并长大的重要原因。     

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。     

连铸结晶器内湍流大涡模拟

采用大涡模拟研究连铸钢水非定常湍流特性,比较了雷诺平均数学模型与大涡模拟数学模型对预测结晶器内钢水湍流运动的影响.模型采用一种低温液态金属模型的超声波多普勒速度仪（UDV）的测量结果进行验证,表明大涡模拟比雷诺平均模拟与实验测量结果更加吻合.瞬态湍流研究表明,大涡模拟优于雷诺平均数学模型,能够捕捉到水口附近高频率的湍流脉动现象.水口出流钢水区域内小尺度湍流结构起支配作用,射流以阶梯状上下摆动向结晶器内扩散.受湍流大尺度作用,结晶器内流场偏流现象始终存在,并且呈周期性变化,随着对流场时间平均的增加,结晶器内的不对称现象逐渐消除.     

全水口自旋流连铸水口钢水流动行为

摘要： 全水口自旋流连铸是从源头上优化结晶器流场的重要技术,利用数值模拟手段,研究了拉坯速度和旋流发生装置入口尺寸对自旋流连铸钢水流动行为的影响。研究表明,拉坯速度和入口尺寸对水口内钢水旋流具有重要影响,旋流强度随拉速增大而增大,随入口面积增大而减小,且随钢水向下流动近似呈线性减小;当旋流装置入口流速为1.1m/s时,水口内钢水旋转速度达4.10m/s,受旋流影响水口中心钢水反重力向上流动;水口流场沿径向可分为湍流各向同性区、各向异性区和近壁区,随入口速度增加湍流各向异性区范围增大。研究明确了全水口自旋流连铸过程钢水旋流行为的关键控制因素,为旋流连铸的参数优化提供了支撑。     

Flow behavior of molten steel in SEN during full nozzle self swirling flow continuous casting

Full nozzle self swirling flow continuous casting is an important technology to optimize the mold flow field from the source. Numerical simulations were carried out to investigate the influence of casting speed and inlet area of the swirling flow generator on steel flow behavior in SEN (submerged entry nozzle). The results show that the casting speed and the inlet area have important effects on the swirling steel flow in SEN. The swirl intensity increases with the increase of casting speed, decreases with the increase of inlet area, and decreases approximately linearly with the downward flow of molten steel in SEN. The swirling flow velocity can reach 410m/s with the generator inlet velocity of 11m/s. Due to the effect of swirling flow, molten steel at the nozzle center moves upwards. The flow field in SEN along the radial direction can be divided into three regions, namely, the isotropic turbulent fluctuation region, the anisotropic turbulent fluctuation region, and the near wall region. With the increase of inlet velocity, the anisotropic turbulent fluctuation region increases. This study reveals the key control factors on steel flow behavior in a full nozzle self swirling flow continuous casting process, which provides a good support for the parameter optimization of the swirling flow continuous casting process.     

电磁软接触结晶器内钢液面高度对磁场分布的影响

利用有限元软件ANSYS对软接触电磁连铸结晶器内磁场进行三维数值模拟,分析了结晶器内钢液面高度对磁场及电磁力分布的影响.结果表明:钢液使得磁感应强度集中在钢液的侧表面;当钢液面低于线圈上沿时,钢液中磁感应强度的最大值出现在钢液上表面附近,并沿拉坯方向逐渐递减;当钢液面高于线圈上沿时,随着钢液面的升高磁感应强度的最大值向线圈中部移动;钢液侧表面所受电磁力的分布趋势与磁感应强度的分布趋势基本一致.     

Numerical simulation of fluid flows in a slab continuous casting mold under electromagnetic stirring

This study established a three-dimensional mathematical model to determine the fluid flowin a slab continuous casting mold under an electromagnetic stirring force. The flowstructure and distribution were studied with respect to different continuous casting parameters and stirring current. Based on the calculation results,the mold flux entrapment index in free surface and velocity uniformity index were used to evaluate the flowfield in the mold. The theoretical basis for the optimization of the flow field structure was provided. The study also suggested an optimization method for electromagnetic stirring parameters.     

板坯连铸结晶器铜板冷却水槽结构优化

针对板坯连铸结晶器铜板冷却水槽的结构优化,将三维传热模型应用于结晶器铜板导热过程,并采用有限元方法进行了模拟,计算并比较了水槽结构优化前后结晶器宽面铜板热面温度分布情况.结果表明:水槽结构优化后铜板螺栓处温度较优化前降低6℃,弯月面处温度降低10℃;优化前和优化后铜板在螺栓处和弯月面处的温度波动幅度分别为3、1. 5℃和8、2℃,水槽结构优化后铜板传热能力和冷却均匀性有明显提高.     

宽厚板坯连铸结晶器流场、温度场及应力场的耦合数值模拟

利用Pro CAST软件对2400 mm×400 mm宽厚板坯结晶器建立三维动态模型,采用移动边界法实现结晶器内流场、温度场及应力场的耦合模拟.结果表明:考虑凝固坯壳的影响,下回流区位置向铸坯中心靠拢,真实反映了钢液在连铸结晶器内的流动情况.自由液面的钢液从窄面流向水口,速度先增大后减小,距水口约0.7 m处,出现最大表面流速,约为0.21 m·s^-1.结晶器出口坯壳窄面中心厚度最小且由中心向两侧逐渐增大,最小厚度约为10.4 mm;受流股冲击影响较弱的宽面坯壳与窄面相比生长更均匀,宽面偏角部和中心的坯壳厚度分别为18.9 mm和27.6 mm.铸坯坯壳应力变化趋势与温度基本保持一致,表明初凝坯壳应力主要是热应力.结晶器内铸坯宽窄面上的等效应力均沿着结晶器高度下降方向呈增大趋势,铸坯角部、宽面中心及窄面中心位置的最大应力各约为200、100和25 MPa.     

承钢板坯连铸机结晶器工艺参数优化的水模型研究

实验采用水模型法研究了承钢板坯连铸机结晶器工艺参数与流场的关系，探讨了结晶器宽度、拉速、水口侵入深度、水口侧中孔面积比对流场状况的影响趋势，并对工艺参数进行了优化。     

喷嘴布置方式对中厚板坯连铸二次冷却效果的影响

研究了铸机矫直区现行喷嘴布置对板坯冷却效果的影响,并在喷嘴自动化测试平台上进行一系列喷嘴的组合实验,从喷嘴流量、喷射高度和水压三个方面探讨了相邻喷嘴喷淋水重叠度与水量在板坯宽度方向分布均匀性的关系.在此基础上,对现行的二次冷却系统提出了优化方案.实验结果表明,优化后,铸坯角部横裂基本消除,铸坯中心偏析从B类1.0减轻至C类1.5,其等轴晶比例提高了4.1%,明显地改善了铸坯的内部质量.     

数值模拟技术在连铸结晶器中的应用

连铸结晶器内的冶金过程非常复杂,等同于“黑匣子”,用传统研究方法难以观察,数值模拟技术恰能弥补这一不足.主要介绍了模拟连铸结晶器的几种常用商业数值模拟软件,并详细讨论了PHOENICS、ANSYS CFX/Fluent、ABAQUS、MARC、ProCAST和其他数值模拟软件在连铸结晶器中的具体应用及其优势和局限性.最后,为了使数值模拟技术与冶金工业更好的结合,指出了数值模拟技术在连铸结晶器中的发展趋势.