结晶器钢水注入和凝固新模拟方法的开发

过去几十年，对连铸结晶器的钢水注入和凝固过程的数学模型进行过许多研究．也开发出了许多模型。传统的结晶器钢水注入模型大多数都是基于显方案．而大多数凝固模型都基于隐方案的．钢水注入和凝固都是在结晶器内完成的。为了解决这个问题，开发了—种新的组合方法。     

结晶器钢水注入和凝固新模拟方法的开发

过去几十年，对连铸结晶器的钢水注入和凝固过程的数学模型进行过许多研究，也开发出了许多模型。传统的结晶器钢水注入模型大多数都是基于显方案，而大多数凝固模型都是基于隐方案的，钢水注入和凝固都是在结晶器内完成的。为了解决这个问题，开发了一种新的组合方法。     

板坯结晶器钢水凝固的数值模拟

以实测结晶器铜板温度计算的热流量作边界条件,采用有限元方法,建立了结晶器内凝固传热方程,对凝固传热方程进行了离散化,利用ANSYS商业软件进行求解,得到凝固坯壳的应力、应变情况,从而确定连铸结晶器壁的合理锥度。     

板坯连铸结晶器内钢水流场和传热凝固数值模拟

 以鞍山钢铁集团公司中薄板坯连铸机为研究对象,利用商业软件CFX44对结晶器内钢水流场和传热凝固进行了数值模拟,主要研究了三孔浸入式水口的冶金特征及其对结晶器内钢水流场和温度场的影响。结果表明,采用三孔浸入式水口可以优化结晶器内钢水流场和温度场,稳定坯壳发育和成形,防止拉漏。     

异型坯结晶器内钢水流动和凝固过程的耦合数值模拟

基于传热与流动的耦合模型,分析研究了水口形状对异型坯结晶器出口坯壳厚度的影响.结果表明:采用直通型水口时,结晶器高度方向450～550mm时钢液冲刷严重,使得凝固的坯壳发生重熔现象,从而导致此处结晶器出口坯壳较薄;采用侧开孔型水口时,在结晶器上部,尤其在结晶器高度方向200mm以上,由于钢液的冲刷,腹板中心和翼缘角部没有形成一定厚度的坯壳,而在300mm左右坯壳逐渐形成并和已凝固坯壳连接到一起,随着结晶器高度的增加,结晶器内形成的坯壳厚度也逐渐增厚,在结晶器出口坯壳的厚度也较均匀.     

结晶器内钢水凝固传热数学描述的发展

伴随计算机技术和数学理论的发展 ,结晶器内钢水凝固传热数学模型也从最初的解析法向数值计算法发展 ,综述了结晶器内钢水凝固各区及界面的传热数学模型的发展。     

结晶器内钢水凝固传热数字描述的发展

计算机技术和数学理论的发展,结晶器内钢水凝固传热数学模型也从最初的解析法向数值计算法发展,综述了结晶器内钢水凝固各区及界面的传热数学模型的发展。     

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。     

连铸结晶器注入紊流钢水以降低中心偏析

为了降低连铸坯中心偏析和改善钢材的表面质量,俄罗斯的研究人员研制出了特殊结构的能向连铸结晶器内供给紊流钢水的浸入式水口,在钢流中建立有形的涡流区,人工形成紊流钢水。水口的结构简单,既可用无定形石英以浮渣铸造法生产。也可用刚玉石墨以等压过程生产。     

H型钢连铸结晶器内钢水凝固传热的数学模拟

 为了解决H型钢连铸坯表面裂纹问题,结合凝固理论建立了H型钢连铸结晶器内钢水凝固传热模型,并应用大型有限元软件ANSYS对钢水凝固传热过程进行模拟求解,描述和分析了凝固坯壳的温度分布、坯壳生长历程及各工艺因素对钢传热行为、凝固行为的影响,为制定合理的工艺参数、提高铸坯质量、减少漏钢发生提供了理论依据。     

SPHC连铸结晶器内钢水凝固传热的研究与应用

为了适应唐山不锈钢厂2号连铸机拉速的提高,建立板坯连铸结晶器内钢水凝固传热模型,应用大型有限元软件ANSYS对钢水凝固传热过程进行模拟求解,描述了高拉速条件下凝固坯壳的温度分布、坯壳生长历程,分析各工艺因素对钢传热行为、凝固行为的影响,进而提出了合理的工艺参数并应用于连铸机,现场证明漏钢事故明显减少.     

大方坯连铸结晶器内钢水流场的数值模拟

 采用数值模拟的方法对大方坯结晶器内钢水流动过程进行了理论计算和分析,评估了浸入式水口结构对结晶器综合冶金效果的影响,并讨论了有关工艺参数与浸入式水口结构参数的关系。结果表明,浸入式水口结构及其工艺参数对结晶器内钢水流场分布及湍流粘度分布影响显著。     

宽板坯连铸结晶器内钢水流动的数值模拟

以150mm×1600～3250mm宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了1个三维有限体积模型,对结晶器内钢液的流动进行数值模拟.研究了拉速、浸入深度、水口倾角、断面宽度等工艺参数对结晶器内流场和窄面冲击压力的影响.结果表明:随着拉速的增大,表面流速和钢液对窄面的冲击压力都显著增加,采用较大的水口倾角和浸入深度,可以抑制液面波动,减少卷渣.     

中薄板坯连铸结晶器内钢水流场的数值模拟

 以鞍钢中薄板坯连铸机为对象，在商业软件CFX44的平台上对结晶器内钢水流动和液面波动过程进行了数值模拟，重点研究了其所独有的3孔浸入式水口的冶金功能。针对3孔浸入式水口不同侧孔倾角和浸入深度，数值模拟对结晶器内钢水流动做出了较为详细的预报，研究工作就此分别考察了水口中心孔流量变化和钢水液面波动幅度。     

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.     

方坯连铸结晶器凝固传热的有限元数值模拟

根据方坯结晶器的传热特点,研究了方坯连铸机结晶器二维非稳态凝固传热的有限元模型,应用ANSYS软件预测在浇注过程中结晶器的温度分布和凝固状态,分析了拉速、浇注温度及结晶器圆角半径对铸坯温度和坯壳厚度的影响.结果表明,经模型计算得出坯壳厚度值与现场测定拉漏数据基本相符.     

旋转流水口对结晶器钢水温度场影响的数值模拟

采用数值模拟的方法研究了不同旋转流水口工艺条件对结晶器内温度场的影响.结果表明:结晶器旋流水口会稍微增加水口两侧高温区的不对称性,但能提高弯月面处钢水的温度,使弯月面处钢水温度更均匀——传统水口从水口到弯月面处温降约为15℃左右,而旋流水口仅为10℃.增加拉速或降低旋流片高度,会增加钢水弯月面处的温度;旋流片角度为120°或旋流片距水口底部390mm时,钢水弯月面处温度最高.     

结晶器钢水液面控制的新方法

在利用两个传感器进行数控的基础上，开发了监控连铸结晶器内钢水液面的系统，采用该系统后，特别是当浇铸宽板坯时，可明显减少液面的波动。     

凝固坯壳对高拉速板坯连铸结晶器钢水流动特征的影响

 采用全比例的水力学模型,利用刺激-响应法、波高传感器、流速仪研究了考虑凝固坯壳时高拉速板坯连铸结晶器内的钢水流动、液面特征与卷渣特征。结果表明：考虑凝固坯壳后钢液到达液面的时间缩短;在高拉速条件下(2.4 m/min), 有坯壳时结晶器液面最大平均波高与表面流速比没有坯壳时分别大31 % 和17.5 %,使卷渣更容易发生。其主要原因在于考虑坯壳后结晶器下部钢液的自由流动空间变小,下回流的钢液流动受到抑制,上回流的能量变大。所以在高拉速结晶器水模拟试验过程中,有必要考虑凝固坯壳的影响。