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。     

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。     

圆坯连铸温度场模拟

耦合温度场和流场 ,建立了圆坯连铸铸坯温度场的二维稳态柱坐标数学模型。用该模型模拟了国内某钢铁公司Φ178mm圆坯连铸铸坯内温度场分布 ,以渐变色形式模拟显示了圆坯连铸铸坯中心断面温度场分布 ;在温度场的基础上 ,模拟了铸坯凝固壳的厚度变化 ;模拟显示了结晶器内的钢液流动 ;采用铸坯传热数学模型在不同拉速及过热度下进行计算 ,系统分析了拉速及过热度对凝固末端位置、出结晶器坯壳厚度的影响。凝固末端位置的计算结果与现场实测结果一致 ,从而证明了模型的合理性。本研究模拟出的温度场分布和铸坯坯壳厚度 ,为优化工艺参数 ,提高铸坯质量提供了理论依据     

薄板坯连铸结晶器内钢液凝固行为的研究

针对薄板坯连铸漏斗型结晶器内凝固过程,采用热弹塑性有限元法,考虑铸坯与铜板的接触状态,建立了热力耦合模型。模拟分析了铸坯经过结晶器过程中坯壳内的温度场和应力场,得到了凝固坯壳形成过程的传热和变形规律。模拟结果表明：铸坯角部温度高于宽面和窄面中心温度并出现两个平台期;两个弧线段交界区域出现应力峰值,是铸坯裂纹敏感区。该结果为漏斗型结晶器形状的设计、结晶器锥度的优化以及提高连铸坯质量提供理论依据和技术基础。     

连铸结晶器中钢液流动与传热数学描述的发展

用数值模拟的方法对连铸结晶器内钢液的流动和传热过程进行研究，是近年来该学科发展的前沿领域，其目的是掌握结晶器内钢液流动的特点和凝固壳分布情况，为生产过程控制、结晶器设计提供可靠的理论依据。在结晶器三维流场数值模拟走向成熟的同时，对传热过程的数值计算仍然是该领域的难点和重点。     

连铸结晶器中钢液行为数值模拟研究进展

用数值模拟的方法对连铸结晶器内钢液的流动和传热过程进行研究是近年来该学科发展的前沿领域 ,其重要目的是掌握结晶器内钢液流动的特点和凝固壳分布情况 ,为工业生产控制、结晶器设计提供可靠的理论依据 ;在三维流场数值模拟走向成熟的同时 ,对传热过程的数值计算仍然是该领域的重点和难点。     

板坯结晶器铜板锥度的研究

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,探讨影响结晶器锥度的因素。     

软接触电磁连铸方坯结晶器的传热分析

概述了钢的软接触电磁连铸技术的发展现状及存在的问题.根据实际生产中软接触电磁连铸的结晶器的设计参数,通过建立凝固传热过程的数学模型,分析了钢液在切缝式软接触结晶器内的凝固过程.计算了结晶器水孔内水的流速、坯壳厚度、坯壳外壁的温度.计算了钢液在结晶器内单位时间放出的总热量和平均热流,并对结晶器各壁温度进行了校验,使软接触电磁连铸结晶器满足实际生产要求.     

应用Fluent对40Cr管坯水平连铸过程中温度场及传热的研究

以水平连铸40Cr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管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内40Cr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.分析结果表明:水平连铸拉坯工艺参数:拉速V=2.35 m/min,浇注温度T=1540℃,中间包过热度△T=36℃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.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地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,制定合理的拉坯工艺参数,减少管坯缺陷的发生,提高铸坯质量.     

连铸工艺参数对薄板坯热应力的影响

采用ANSYS软件对薄板坯连铸机漏斗型结晶器内钢液的凝固过程进行模拟,分析拉坯过程中坯壳的热应力状况,并引入了成裂指数的概念.研究表明,当拉速为4.0 m/min,过热度在14℃时,铸坯越接近结晶器出口时,裂纹越易产生于坯壳宽面中心位置;过热度对薄板坯在结晶器内热应力场的分布影响不大;在钢液凝固初期,适当提高拉速有利于减少角部产生裂纹的可能性.     

水平连铸结晶器动态热流分布的实验研究

采用在结晶器壁内埋置热电偶的方法,对水平连铸结晶器在连铸时的动态热流密度分布进行了测试。经过对测试结果数据处理,得出了热流密度分布表达式和结晶器壁的温度场。     

EXPERIMENTAL RESEARCH AND NUMERICAL SIMULATION OF MOLD TEMPERATURE FIELD IN CONTINUOUS CASTING OF STEEL

Mold is the heart of the continuous casting machine. Heat transfer and solidification in a water cooled mold are the most important factors during the continuous casting of steel. For studying the temperature distribution of a mold wall, a simulated apparatus of mold was designed and experiments were performed by it. The measured results indicated that the mold wall temperature approaches the temperature of cooling-water. An equivalent thermal-conductivity coefficient was proposed and deduced on the basis of the conclusion of the experiments. This coefficient was applied to solve the heat transfer between the melt and cooling water, and to characterize the heat transfer capacity of the mold. By this equivalent thermal-conductivity coefficient, it is very easy and convenient to numerically simulate the solidification process of continuous casting. And the calculation results are in agreement with the experiments. The effects of casting speed and water flow rate on the mold temperature field were also discussed.     

低压铸造流动与传热耦合计算的研究

根据低压铸造充型流动的特点 ,利用计算机数值模拟技术 ,对低压铸造充型阶段的流动怀传热过程进行了耦合计算 ,从而保证了模拟结果的准确性和可靠性。在此基础上开发出了模拟软件 ,并对实际低压铸件进行了模拟分析 ,结果与实际生产情况吻合很好     

低压铸造流动与传热耦合计算的研究

根据低压铸造充型流动的特点，利用计算机数值模拟技术，对低压铸造充型阶段的流动与传热过程进行了耦合计算，从而保证了模拟结果的准确性和可靠性。在此基础上开发出了模拟软件，并对实际低压铸件进行了模拟分析，结果与实际生产情况吻合很好。     

铝铸锭凝固边界热交换规律及温度场模拟

研究铝铸锭凝固边界热交换的变化规律及数学模型,并对不同浇注温度下凝固过程的温度场进行模拟。利用实时数据采集系统获得凝固过程中铸锭和金属模温度变化历史数据,采用非线性反算法和一维传热差分法对试验数据处理,建立界面换热模型并将其应用于凝固温度场模拟中。结果表明：在铸锭表面凝固前后凝固界面热流密度可分段用指数函数来描述其变化规律,而所建立的热交换系数与边界温度的对应关系可更好地反映实际的传热情况。模拟结果与实验测温结果相符,验证了该铸件/铸型边界热交换规律的可靠性。     

CSP包晶钢连铸用保护渣综合理化性能的优化

为了提高保护渣在CSP生产包晶钢过程中的匹配性,针对CSP工艺的连铸特点及包晶钢的凝固特点,总结了两者对保护渣理化性能的要求;对工厂CSP包晶钢连铸保护渣1号进行优化得到保护渣2号,并通过单双丝热电偶技术、高温旋转黏度仪、扫描电镜对其熔化性能、传热性能、黏流性能、结晶性能展开了具体表征与评价。研究结果表明,保护渣2号的润滑性能与控热能力均优于保护渣1号,较好地解决了润滑与传热的之间的矛盾;除此以外,保护渣2号的熔化温度较低,熔速较快,具有良好的熔化性能。因此,保护渣2号的理化性能优异,满足了CSP包晶钢连铸保护渣的设计与性能要求。     

宽厚板坯连铸结晶器的热流密度与热分析

基于热电偶所实测的温度,构建了邯钢宽厚板坯连铸结晶器的有限元传热模型与其热流密度的非线性估算模型。采取模型反算的结果得出铜板的热流密度,在与热平衡方法计算出的平均热流密度做对比后,论证了模型的有效性,确定了铜板宽面、窄面的热流密度公式,分析了铜板的温度分布。铜板热面的温度曲线呈波浪状分布,其温度变化较为平缓;在靠近冷面侧的温度有最大29.4 ℃的温差。随至弯月面的距离的增大,铜板的温度减小,而在结晶器出口区域出现回温现象,大致回升23 ℃。     

A coupled model on fluid flow,heat transfer and solidification in continuous casting mold

Fluid flow, heat transfer and solidification of steel in the mold are so complex but crucial, determining the surface quality of the continuous casting slab. In the current study, a 2D numerical model was established by Fluent software to simulate the fluid flow, heat transfer and solidification of the steel in the mold. The VOF model and k-ε model were applied to simulate the flow field of the three phases(steel, slag and air), and solidification model was used to simulate the solidification process. The phenomena at the meniscus were also explored through interfacial tension between the liquid steel and slag as well as the mold oscillation. The model included a 20 mm thick mold to clarify the heat transfer and the temperature distribution of the mold. The simulation results show that the liquid steel flows as upper backflow and lower backflow in the mold, and that a small circulation forms at the meniscus. The liquid slag flows away from the corner at the meniscus or infiltrates into the gap between the mold and the shell with the mold oscillating at the negative strip stage or at the positive strip stage. The simulated pitch and the depth of oscillation marks approximate to the theoretical pitch and measured depth on the slab.     

薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热分析

建立了薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热数学模型,特别是对结晶器铜板冷面的水槽和背板部分采用了交替配置不同的边界条件处理,利用Visual Fortran语言自编程序计算结晶器铜板温度场.通过对一典型薄板坯连铸结晶器铜板模拟分析,发现铜板热面温度呈现云层分布,冷面温度呈冰柱状分布.分析了各种工艺参数(拉速、铜板厚度、冷却水流速等)对结晶器铜板温度场的影响,典型位置上的计算结果与现场测量数据符合较好,为优化生产工艺参数和结晶器设计提供理论依据和实际参考数据.