铸铁水平连铸中圆坯凝固过程的数值模拟

将铸铁水平连铸中圆坯凝固过程的整个传热系统作为模拟对象,采用自由热收缩模型计算铸坯与结晶器的界面传热系数,从非稳态传热的角度并按照柱坐标系中二维传热的方式进行铸坯凝固过程的数值模拟,在数值计算中,采用静、动坐标系相结合的方法,使铸坯传热的控制方程得以简化且便于耦合处理结晶器与铸坯的温度场计算,由此确立的模拟方法可用于模拟不同尺寸的圆坯在各种工艺条件下的凝固过程。     

基于实测温度的结晶器瞬态传热反问题计算方法

基于结晶器监控系统实测瞬态温度,建立结晶器传热与铸坯凝固反问题计算模型,利用实测温度反算结晶器/铸坯热流密度,并在此基础上模拟分析结晶器温度分布及铸坯凝固进程。经大量实测瞬态数据的检验,证实了模型与计算方法的合理性。铸造过程中,结晶器/铸坯间的热流、温度与坯壳厚度分布均呈现出显著的非均匀性特点,在铸造方向上具有继承倾向。反问题模型能够反映结晶器内部传热的非均匀特征,及时体现工艺变化过程中传热/凝固的瞬态波动,为其应用于过程监控和工艺优化提供理论及模型基础。     

连铸结晶器内圆坯热力行为分析

连铸结晶器内铸坯的凝固行为直接影响着铸坯质量。为了清楚的认识结晶器内铸坯的凝固过程,建立了二维圆坯结晶器内钢水凝固传热及弹塑性应力瞬态分析模型,基于商业有限元软件ANSYS的直接耦合法模拟计算了圆坯在结晶器冷却过程中的温度及应力分布、坯壳厚度和收缩量。模拟结果表明:圆坯出结晶器坯壳厚度为15.5mm,边界收缩量为0.5mm,圆坯表层处于压缩状态,而内部处于拉伸状态。     

圆坯连铸结晶器传热的反算法

基于圆坯连铸结晶器实测温度数据,建立了结晶器传热反问题数学模型,通过确定结晶器和铸坯之间局部热阻大小及其分布,计算出结晶器热流场和坯壳厚度,且分析了结晶器热流分布特征和铸坯凝固状态,并比较两者之间的关系．计算结果准确地反映了实际生产过程中沿结晶器周向非均匀传热特征,为将数值模拟技术应用于连铸凝固过程监控和“可视化结晶器”技术提供了可借鉴的实用方法.     

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     

C45Cr钢连铸大断面圆坯凝固过程数学模拟

通过控制大断面圆坯的凝固过程控制最终连铸坯质量,基于薄片移动边界法建立了连铸大断面圆坯的凝固传热数学模型。应用Pro CAST软件对C45Cr钢、直径为准650 mm连铸圆坯凝固过程进行了数学模拟,计算出大断面圆坯凝固过程的温度场,并且得到铸坯的固相率分数与液芯长度。模拟结果表明,铸坯表面温度模型预测结果与工业试验测温结果吻合很好,所以此数学模型计算结果能够准确地反映实际情况。讨论了过热度、拉速、二冷强度等因素对大断面圆坯表面温度、中心温度、固相率分数以及液芯长度的影响,为连铸工艺参数的优化及凝固末端电磁搅拌位置的确定提供了有效指导。     

方坯连铸机结晶器凝固传热的模型研究

开发了方坯连铸机结晶器内非稳态凝固传热的计算软件，能够预测结晶器内的温度分布和坯壳厚度。模型考虑了凝固时横、纵向以及角部气隙的存在所造成的传热不均匀。同时，采用等效比热法处理了凝固前沿产生的结晶潜热。并以生产厂方坯为研究对象，得出了结晶器温度分布规律、凝固坯壳生成规律，分析了拉速对铸坯温度和坯壳厚度的影响。结果表明，经模型计算得出的铸坯温度和结晶器出口处坯壳厚度值与现场测定的温度和拉漏数据基本相符。     

动态二冷水控制系统在圆坯连铸中的应用

本文介绍了某钢厂圆坯连铸生产线动态二次冷却水控制系统的结构、特点以及应用.系统应用了铸坯凝固传热仿真模型、动态参数调整和有效拉速控制多种方法,很好地满足了铸坯在稳态和非稳态情况下对二次冷却水量的要求.实践证明,此系统配置合理,运行稳定,对于连铸生产线提高铸坯质量具有重要意义.     

动态二冷水控制系统在圆坯连铸中的应用

本文介绍了某钢厂圆坯连铸生产线动态二次冷却水控制系统的结构、特点以及应用。系统应用了铸坯凝固传热仿真模型、动态参数调整和有效拉速控制多种方法,很好地满足了铸坯在稳态和非稳态情况下对二次冷却水量的要求。实践证明,此系统配置合理,运行稳定,对于连铸生产线提高铸坯质量具有重要意义。     

板坯连铸浇注过程通用仿真分析软件的开发与应用

基于考虑全面的铸坯传热凝固模型和有限差分数值方法，开发了CISDI板坯连铸浇注过程通用仿真分析软件CCPS0FFLINE。该软件内嵌一维传热和二维传热两大计算模块，包含正向仿真预测、二冷水量优化、二冷回归分析、结晶器振动参数计算和切割定尺计算等重要功能模块。软件具有强大的计算功能，能获得包含铸坯温度场分布状况、铸坯应变分布情况、铸坯凝固生长规律、铸坯热流散失情况、轻压下控制工艺参数、结晶器窄面锥度、铸流锥度、板坯质量缺陷判断以及钢种两相区凝固特性等与板坯连铸浇注过程密切相关的冶金信息。软件具有较好的适用性和通用性，已成功应用于多台板坯连铸机的工程设计实践之中。     

连铸大方坯凝固传热过程的数值模拟

基于凝固传热学基本理论,建立了大方坯凝固传热数学模型。该模型根据糊状区溶质传输和反扩散理论,基于变热物性参数,采用钢中多组元成分的百分含量计算液、固相线温度。以实际铸坯为对象,以二冷区铸坯表面实际水流密度分布和辊子接触传热为边界条件,充分考虑二冷区的四种不同的换热状况,研究连铸大方坯三维温度场。计算结果与实测温度吻合。     

连铸大方坯凝固传热过程的数值模拟

基于凝固传热学基本理论，建立了大方坯凝固传热数学模型。该模型根据糊状区溶质传输和反扩散理论，基于变热物性参数，采用钢中多组元成分的百分含量计算液、固相线温度。以实际铸坯为对象，以二冷区铸坯表面实际水流密度分布和辊子接触传热为边界条件，充分考虑二冷区的四种不同的换热状况，研究连铸大方坯三维温度场。计算结果与实测温度吻合。     

圆坯连铸凝固传热数学模型及应用

建立了Φ400mm大断面圆坯连铸凝固传热的数学模型。应用该模型计算了过热度、拉速以及冷却强度等因素对铸坯温度、坯壳厚度、凝固终点的影响,为现场生产确定了合理的二冷工艺参数。生产实践证明,当生产Φ400mm铸坯的拉速达到0．4～0．6．dmin时,自动控制的二次冷却制度满足工业连铸要求,可得到优质铸坯。     

连铸过程传热的实时模拟(一)

本文介绍板坯连铸的实时传热模型。模型可以在不同浇铸参数、铸坯几何尺寸和钢种的条件下,算出沿铸机各点的铸坯温度和凝固壳的厚度。涉及模型实时使用的特殊要求和模型的精度也作了论证。本模型已试用     

基于ProCAST的圆坯连铸凝固过程数值模拟

圆坯连铸在凝固过程中极易产生裂纹,从而影响了铸坯的质量。以300 mm圆坯连铸为研究对象,运用ProCAST软件建立了一维传热数学模型,计算铸坯的温度场,模拟分析拉速、二冷水比量对铸坯表面温度的影响。模拟结果表明,拉速和二冷水比量对铸坯表面温度具有较大影响,生产中必须保持恒定的拉速和合适的二冷水比量,才能够有效避免铸坯裂纹的产生,得到优质的铸坯。     

连铸坯凝固传热数学模型的研究

建立连铸坯凝固传热数学模型，利用现场实测数据对所建模型进行了验证，并对影响铸坯温度和坯壳厚度的拉坯速度、浇注温度、二冷区水量等因素进行了分析。结果表明：模型的计算精度满足实际生产的需要，影响因素中，拉坯速度和二冷区水量对铸坯温度和坯壳厚度的影响最大。因此调节拉速，改善二冷区制度是铸坯生产工艺中的重要操作。     

连铸圆坯凝固传热过程的数值模拟

研究和开发了连铸凝固传热过程数值模拟程序,并以圆铸坯为研究对象,计算了铸坯表面温度分布和凝固壳厚度,用该模型处理了凝固时相变所产生的结晶潜热.结果表明,计算出的表面温度、坯壳厚度等数据与实验数据相符合,并且对生产实践有较好的指导作用.它可用来优化连铸工艺参数.是进一步开发在线控制模型的基础.     

目标温度动态控制二冷配水的研究

通过对连铸坯凝固过程分析,建立铸坯凝固传热模型,并根据连铸工艺条件,确定目标温度,基于目标温度开发动态二冷配水控制模型。在不同的钢种、拉速等工艺条件下建立水量与温度场的关系,通过凝固模型和二冷配水控制模型保证铸坯表面目标温度与模拟温度相同,适时调整二冷水量,保证铸坯温度场稳定。     

结晶器内铸坯三维传热分析

基于连铸过程中铸坯温度场遗传特性,采用节点温度逐层传递模拟铸坯的运行,提出了一种结晶器内铸坯三维传热分析方法。利用有限元软件ANSYS建立结晶器内铸坯三维瞬态导热数值模型,分析结晶器内铸坯稳态温度场。运用建立的分析模型,对浇注SPHC板坯凝固过程进行模型分析,阐述了分析方法和过程。     

连铸工艺因素对铸坯凝固过程影响的模型研究

建立了武钢连铸板坯凝固传热数学模型，计算凝固过程温度场分布，应用模型探讨了连铸工艺因素对铸坯温度和凝固过程的影响，并提出提高铸坯温度的工艺手段：适当提高拉速、控制二冷喷水量和改善二冷末端冷却方式，能提高铸坯温度，提高浇注过热度对高温出坯不利。