Numerical Simulation of Fluid Flow and Heat Transfer in Funnel Shaped Mold of Thin Slab Continuous Caster

SymbolList Ab,An———Surfaceareaofbroadfaceandnarrowfaceof moldrespectively,m2;Cp———Effectiveheatcapacity,J·kg-1·K-1;Cp,s———Heatcapacityofsolidphase,J·kg-1·K-1;Cp,l———Heatcapacityofliquidphase,J·kg-1·K-1;Cw———Waterheatcapacity,J·kg-1·     

薄板坯连铸结晶器内流动传热行为的研究

基于珠钢CSP薄板坯连铸机设备工艺条件和所采用扁平浸入式水口结构,结合铜板测温导出的热流密度分布进行了漏斗形结晶器内钢水流动、自由液面以及传热凝固等冶金现象的综合描述和数值分析.结晶器熔池中以两个上旋涡为主的钢水循环流动局限在漏斗形结晶器内,上旋涡流股冲击和离开熔池液面分别对液面起伏波动有所贡献,弯月面下距窄边100 mm范围内有二次涡形成.除水口下方两侧存在两个具有明显过热的高温区外,熔池中绝大部分钢水的温度在液相线附近保持恒定,铸坯表面温度分布和坯壳发育过程均反映出水口高温射流的影响,铸坯表面最高温区位于熔池液面下方靠近结晶器窄边的地方.     

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。     

厚板坯连铸二冷凝固传热模型的研究与应用

以鞍钢厚板坯连铸机为目标机型,按照传热学理论建立连铸二冷凝固传热数学模型.应用此模型对X65管线钢和船板钢的连铸过程进行仿真模拟,模拟结果同实测值基本吻合,验证了模型的可靠性.     

Numerical Simulation of Electromagnetic Field and Flow Pattern in a Continuous Slab Caster with In-roll Type Strand Electromagnetic Stirring

The electromagnetic field and flow analysis model were developed to simulate the electromagnetic field and the flow pattern in a vertical curved continuous slab caster with the in-roll type strand electromagnetic stirring.The transient electromagnetic field distribution and the induced electromagnetic force were numerically described.The effects of stirring current,stirring frequency,and different stirrer configurations on the electromagnetically driven flow field in the strand were investigated and the optimization of the stirring parameters was discussed by performing a relative comparison of numerical results.Results show that the in-roller type strand electromagnetic stirrer(SEMS)pair generates the fluctuating magnetic fields,penetrating through the cast slab and periodically parallel shifting along the slab wide face with time evolution.The transient induced electromagnetic forces travels toward the magnetic flux shifting direction.Different stirring parameters(i.e.current and frequency)and stirrer configurations affect the stirring strength and the flow recirculation pattern in the strand,which are closely related to metallurgical performances of the stirrers.There is an optimum frequency to obtain the maximum stirring.The present model provides a relatively theoretical insight into the in-roll type strand electromagnetic stirring system for best operating.     

宝钢1930mm板坯连铸凝固传热模型的研究与开发

以二维非稳态传热数学模型为理论基础,结合铸坯在连铸二冷区的实际热量散失规律,将二冷区相邻夹辊之间传热分为夹辊接触传热、水聚集蒸发传热、水冲击传热和辐射传热四个过程,并根据宝钢一炼钢板坯连铸机具体条件,建立了宝钢1930mm板坯连铸凝固传热模型.利用面向对象的VB6.0高级语言对模型进行编程,开发出相应的连铸二冷仿真软件.利用红外线测温仪采集铸坯温度,对模型结果进行验证,现场铸坯测温和仿真结果比较得出偏差范围为0.9%～2.8%,说明仿真模型和仿真结果真实可靠.利用该仿真软件可以对宝钢1930mm连铸机的二冷工艺制度进行研究和优化,指导连铸生产.     

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。     

热送热装工艺中板坯连铸过程传热的数学模型

建立了板坯连铸过程传热数学模型,并用实测数据对计算结果进行了验证,证明该模型可用于预报不同操作条件下板坯凝固过程中温度的变化和凝固状态。应用该模型分析了影响板坯出连铸机温度的主要因素：板坯尺寸、拉速、二冷水量及冷却方式等。适当提高拉速、改善二冷制度能提高铸坯出连铸机温度。     

Heat Transfer and Deformation Behavior of Shell Solidification in Wide and Thick Slab Continuous Casting Mold

With the considerations of the behaviors of shell deformation, mold flux film and air gap dynamic distribution in shell/mold gap, a two dimensional slice-travel transient thermo-mechanical coupled model of simulation shell solidification in wide and thick slab continuous casting mold was developed by using the commercial program ANSYS. The evolutions of strand-mold system thermal behaviors, including the air gap formation and the mold flux film dynamical distribution in shell/mold gap and shell temperature field, and the evolutions of shell deformation and stress distribution of peritectic steel solidified in a 2120 mm wide and 266 mm thick slab continuous casting mold were analyzed. The results show that the air gap formation and the thick mold flux film distribution mainly concentrate in the regions 0–21 mm and 0–7 mm, 0–120 mm and 0–100 mm off the shell wide and narrow faces corners, and thus the hot spots are given rise to form in the regions 15–55 mm and 15–50 mm off the shell wide and narrow face corners. The shell server deformation occurs in the off-corners in the middle and lower parts of the mold. The stress evolution in shell surface is tensile stress, while that in shell solidification front is compressive stress.     

首钢板坯连铸机改造工程设计及投产

介绍了首钢第二炼钢厂双流大板坯连铸机高效化改造工程项目的设计及投产情况。重点介绍了连铸机改造机型的确定、为提高生产能力和产品质量而采取的主要技术措施、工艺设备改造主要内容、改造前后铸机主要技术参数对比以及工程项目施工投产情况等。     

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十五讲热量传输基础知识和连铸坯凝固传热特点

介绍了传热学的一些基本概念、原理和传热微分方程、定解条件及连铸坯凝固的特点。连铸坯的凝固过程可概括为一个内部具有液相流动的热量传递过程，并把坯壳在连铸机中的冷却看成是“热处理”过程。     

板坯连铸中间包流场及传热特征模拟研究

对某钢厂现有板坯连铸中间包进行流场模拟研究。研究结果表明：原结构的中间包内钢水停留时间短,死区体积大。通过优化设计使流场得以改善,并用数学模拟的方法进行了流场及传热特征计算,验证了通过水力学模拟试验得到的优化方案的合理性。     

中薄板坯连铸机二冷动态控制模型的研究与开发

开发一种以虚拟拉速为控制参数的新型控制模型，应用二冷动态跟踪程序对连铸变拉速过程进行仿真模拟，将新型控制法与以实际拉速为控制参数的传统比例控制法下运行的铸坯表面温度进行对比，得出了虚拟拉速控制模型优于传统比例控制模型的结论。     

中薄板坯连铸机二冷配水量的分析与评价

提出了动态跟踪程序,对铸机原有静态配水量在恒拉速和变拉速工艺条件下进行合理评价,并得出铸坯运行过程中的表面温度波动情况,以此为依据分析二冷静态配水量的应用范围。     

板坯连铸机高效化改造及初步生产应用

将弧形单点矫直板坯连铸机改造成直弧形、连续弯曲、连续矫直连铸机,并采用中包快换水口、结晶器液压振动、结晶器在线调宽、SMART扇形段及动态软压下等多项新技术,提高了铸机的生产能力,改善了板坯质量,达到了改造目的。     

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.     

五流非对称结构中间包流动及传热特征数值模拟

为优化某钢厂非对称结构中间包内流体流动、均匀各流钢液温度、延长近水口平均停留时间,以达到提高铸坯质量的目的,对工厂原方案及两个优化方案进行流场、温度场及停留时间的数值模拟计算.结果表明无控流装置的原中间包流动及温度场分布不合理,优化方案有了明显的改善,并确定了最佳方案.     

异形坯连铸结晶器内钢液流动状况的三维数值模拟

建立了异形坯连铸过程中结晶器内钢液三维湍流模型 ,开发了计算程序 ,并用它研究了马鞍山钢铁公司 5 0 0 m m× 40 0 mm× 12 0 mm异形坯连铸结晶器内的钢液流动情况 ,重点分析了水口结构和工艺参数变化时异形坯结晶器内涡心深度的变化规律以及液面湍动能的分布状态。结果表明 :水口夹角为 12 0°时 ,结晶器内流场分布较为合理 ;水口宜上倾 ,且倾角不宜超过 15°;涡心深度和液面湍动能均随拉速的提高而增大。该模拟结果对现场生产具有重要指导意义。     

连铸坯凝固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模型

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、物性参数的处理以及数值求解方法等。     

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。