板坯连铸结晶器漏钢预报系统研发(一)结晶器内热状态的有限元分析

考虑铜板结构和铸坯凝固特性,以二者接触区域为纽带,建立温度场和应力场高度耦合的有限元分析模型,通过耦合计算,发现板坯在连铸结晶器中宽窄面方向上的坯壳表面温度、坯壳生长行为及界面气隙状态沿拉坯方向上的变化规律,为分析和解决铸坯在结晶器中产生的质量问题、设计或优化有漏钢预报测温热电偶布置提供了理论依据。     

薄板坯连铸凝固状态分析与结晶器长度设计

推导了薄板坯连铸过程中钢液在结晶器内的凝固传热有限元方程,开发了钢液凝固状态及温度场分布的模拟分析软件,探讨了拉坯速度及结晶器长度对结晶器出口坯壳厚度的影响。     

小方坯高速连铸结晶器温度场的有限元模拟

在高效连铸过程中，结晶器的传热效率起着至关重要的作用。根据小方坯结晶器的传热特点，应用三维非稳态有限元传热数学模型对结晶器在浇注过程中的温度进行模似，获得结晶器温度场分布及变化情况。同时对工艺参数中结晶器铜壁厚度和冷却水流速对结晶器温度的影响进行研究，经现场验证表明，合适的结晶器壁厚为10mm，合适的冷却水流速为10m/s左右。     

基于多场耦合模型的连铸结晶器内钢液凝固行为分析

针对连铸结晶器内钢液的流动、传热、凝固耦合变化问题,应用连续介质力学和能量守恒理论,建立了板坯连铸结晶器内钢液流动、传热和凝固的三维非稳态数学模型。在此基础上,应用COMSOL软件进行数值模拟和分析。将耦合模型计算得到的凝固坯壳厚度与经验公式进行对比验证,总体符合较好。结果表明,结晶器内钢液流动的基本特征与单流场模型相比并没有发生变化。但是,钢液的上、下回流涡心到自由面的距离及流股冲击深度均有所减小。在靠近结晶器窄面的部分区域由于凝固坯壳的形成,不会出现钢液流动现象。由于凝固坯壳的存在,自由面钢液流速变大,自由面钢流波动更加剧烈。由于钢液的强制对流传热,结晶器内部钢液温度并不是由内到外逐渐降低的,而是出现了小幅度的波动。在结晶器出口处钢液温度较低,且分布不均匀,部分区域温度梯度较大。由于钢液的对流作用促进了钢液的热量传递,结晶器出口处窄面、宽面及角部凝固坯壳更厚。     

软接触结晶器电磁连铸中初始凝固的基础研究

通过实验和数值模拟研究了软接触结晶器电磁连铸传热凝固特点,测定了金属Ｓｎ在连铸中的温度场,初始凝固点和坯壳厚度,得到了电磁场影响它们的基本规律。在数学模型中考虑了高频电磁场对金属的传热凝固的以下影响;（１）对结晶器的感应加热;（２）对金属的加热;（３）电磁力推斥液力金属,减少金属与结晶器壁接触的影响。     

方坯连铸结晶器三维传热模拟

采用ANSYS有限元软件,以方坯连铸结晶器为研究对象,基于节点温度传递方法、利用ANSYS接触分析技术建立方坯连铸结晶器三维瞬态传热有限元模型,分析了结晶器内铸坯和结晶器铜壁的三维温度场及结晶器内铸坯坯壳分布规律。结果表明,弯月面区域铜壁温度较低,上口接近水缝内冷却水温度;弯月面下50 mm处结晶器铜壁温度最高,达到157℃;模型计算所得结晶器铜管高温区域形状与实际生产中下线铜管高温过烧区域形状基本一致;铸坯表面偏离角部30 mm处角部影响消失,铸坯表面温度趋于一致。     

小方坯高速连铸结晶器温度场和应力场的有限元模拟

在高效连铸过程中,结晶器的传热效率起着至关重要的作用.根据小方坯结晶器的传热特点,应用三维非稳态有限元传热数学模型对小方坯结晶器在浇注过程中的温度进行了模拟,获得结晶器温度场分布及变化情况;同时利用六面体八节点单元,建立结晶器的三维应力模型,利用小方坯结晶器温度场的计算结果,模拟了不同结晶器铜板厚度的应力,结晶器壁越薄,变形越严重,应力越大.结果表明,合适的结晶器厚度为10mm.     

电磁软接触结晶器连铸技术中初始凝固的基础研究

本文研究了电磁软接触结晶器连铸传热凝固特点。用金属Ｓｎ模拟钢液,测定了在 连铸过程中的温度场、初始凝固点在坏壳厚度,得到了电磁场对它们影响的基本规律,分析了他们对铸坏表面质量的影响。结果表明,在电磁场的作用下,液相区内的金属温度趋于均匀,初始凝固点降低,初生坯壳变薄,铸坯表面质量明显改善。     

连铸结晶器温度场和应力场的有限元分析

在高效连铸过程中,结晶器的传热效率起着至关重要的作用。根据小方坯结晶器的传热特点,利用六面体八节点单元,建立了三维非稳态有限元传热数学模型,并用FORTRAN开发了相应的程序,对小方坯结晶器在浇注过程中的温度进行了模拟,获得结晶器温度场分布及变化情况;同时建立结晶器相应的三维应力模型,利用小方坯结晶器温度场的计算结果,模拟了不同结晶器铜板厚度的应力和铜板的变形。结果表明,结晶器壁越薄,变形越严重,应力越大;多锥度结晶器更适合结晶器的变形特点。     

结晶器内连铸小方坯凝固过程及应力分布的有限元数值模拟

建立了结晶器内连铸坯凝固传热及弹塑性应力分析有限元数学模型,模型中引入与气隙相关的传热边界条件修正平均热流量方程考虑了材料力学性能,屈服函数随温度和应变速率的变化,研究了角度气隙对坯壳凝固行为和力学行为的影响。     

方坯软接触电磁连铸结晶器内三维电磁场的数值模拟

通过有限元法三维数值模拟，对方坯连铸软接触结晶器系统中的电磁参数进行了计算，得到磁感应强度，电磁体积力，感应涡流在分瓣结晶器系统中的分布规律，在切缝区域连铸坯表面磁感应强度较其他区域稍强，20000Hz时约为10%，由于电磁场透过切缝作用于连铸坯上，连铸坯表面受力的电磁体积力在横向较为均匀，当钢液面位于感应线圈中部时，沿拉坯方向钢液面以下附近电磁场的作用最强，然后逐渐降低。     

新型连铸结晶器冷却结构的铜板热-力学行为

建立板坯连铸结晶器三维热力耦合有限元模型,通过比较结晶器铜板宽面弯月面处横截面的温度、热应力及变形分布,考察结晶器新型冷却结构对铜板热-力学行为的影响规律。结果表明：在弯月面处宽面热面,新型铜板的最高温度较传统铜板的低60 ℃,最大热应力小85 MPa,且新型铜板与传统铜板最大变形分别为0.21 mm和0.29 mm;新型铜板和传统铜板弯月面处宽面热面温度、热应力和法向变形波动幅度分别为12 ℃和67 ℃,33 MPa和113 MPa以及0.02 mm和0.09 mm。因此,新型结构铜板温度、热应力和变形量分布均匀性和合理性比传统的有明显改善,更适合裂纹敏感性钢种的浇铸。     

连铸大方坯热收缩行为的有限元分析

根据某钢厂的铸机条件,建立了连铸大方坯的二维温度与热应变耦合模型,采用有限元法对数学模型进行求解,获得了不同拉速和过热度下铸坯的温度场和凝固收缩规律。结果表明:拉速对热收缩影响显著,过热度影响小,在制定辊缝工艺制度时可以忽略过热度的影响;铸坯表面温度变化越剧烈,热收缩的趋势越大,热收缩量也越大;辊缝工艺可分为四段分别线性控制,而且沿拉坯方向,辊缝线性减少速率逐渐减小。     

锌铝合金热型连铸的工艺方法

就热型连铸工艺条件下对具有共晶、包晶和共析转变的5种典型锌铝合金的连续定向凝固进行了研究,找出了各种合金的最佳工艺参数配合范围.研究表明引锭操作是热型连铸工艺的关键环节,型口温度、拉铸速度、冷却条件、合金成分和液位压头对铸锭表面质量有直接影响,型口位置的固液区存在着热和力的平衡.只有通过调节工艺参数,维持固液界面的良好位置,才能拉铸出表面光滑的线材.     

板坯连铸结晶器热行为研究

建立了结晶器三维有限元传热模型,系统地分析了铜板厚度、水槽的结构尺寸和分布、镍层对板坯连铸结晶器铜板温度分布的影响．结果表明,在操作条件允许的情况下,降低铜板厚度、增大水槽深度、减少镍层厚度有利于降低铜板热面温度,提高结晶器的使用寿命．     

结晶器磨损对连铸小方坯鼓肚变形及内裂纹形成的影响

应用连铸坯凝固传热与应力分析耦合数学模型,定量地描述了坯壳与结晶器壁间气隙的大小和分布,着重研究了器磨损对坯壳鼓肚变形和内裂纹形成的影响。结果表明：气隙首先形成于坯壳的角部区域,并且以顶角处的气隙厚度最大,逐渐向中心区扩展;当结晶器磨损严重时,坯壳偏角区成为热节区,在热节区内坯壳厚度最薄,同时在结晶器下半部产生鼓肚变形,这种变形起始于坯壳最薄弱的偏角热节约。在热节区附近的铸坯对角线凝固前沿前生的力学应变达到临界应变,使铸坯产生内裂纹。研究结果验证了严重的结晶器磨损是连铸坯产生鼓肚变形、偏角区内裂纹乃至漏钢事故的重要原因之一,也说明了铸坯偏角区内裂纹是起源于对角线的凝固前沿并向温度相对较高的两个薄弱环节－表层热节区和凝固前沿方向扩展。     

铝带坯连续铸轧凝固过程的数值模拟①

推导了二维传热的焓式有限元控制方程,开发了准三维焓式有限元计算程序并用该程序分析了太原铝厂双辊倾斜式铝带铸轧机在稳定生产条件下,各工艺参数间的关系及提高铸轧机生产能力的途径,本程序具有随时输出金属在铸轧区凝固状态的功能,可用于生产过程中的动态跟踪。     

热型连铸锌铝合金定向凝固线材的组织分析

对热型连铸锌铝合金定向凝固线材的铸态及热处理组织进行了观察、分析和讨论。结果表明：热型连铸锌铝合金线材的显微组织为定向生长的平行柱状枝晶组织;共晶合金ZA5的枝状共晶的每个枝晶都由多层片状共晶β 和η两相构成,过共晶合金的组织为初生树枝晶和枝晶间共晶组织,其中ZA8,ZA12初生相为β相,ZA22和ZA27的初生相是α相。     

哈兹列特连铸机结晶器中漏磁行为及有限元分析

哈兹列特连铸机结晶器中带鳍支撑辊具有强磁性的目的是吸附钢带,保持钢带在铸造过程中的平整,但磁场透过钢带在结晶器内部产生的“漏磁”将导致连铸过程流场紊乱,严重影响后期的板带质量。利用矢量合成法测量磁场,并通过有限元模拟及磁流耦合分析,揭示结晶器中磁场的分布规律与铝熔体流动的电磁制动过程,进一步探究连铸生产过程中熔体紊流可能导致的铸板坯表面质量问题,为优化磁场、改善产品组织提供指导。