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。     

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。     

基于C++ Builder的连铸模拟软件开发

结晶器内钢液的流动情况十分复杂,伴随着液态金属的流动、凝固传热、相变等现象。应用商业软件对流场进行数值模拟很难体现每个模型的特殊性,并且成本较高。采用SIMPLE算法,即求解压力耦合方程的半隐式法,来求解方程组。运用C++Builder软件开发了结晶器内流场的数值模拟软件包,模拟出结晶器内钢液流场和温度场的分布,并与国内外文献结果进行了对比,结果表明,计算出的流场和温度场特征与相关资料研究成果是基本相符合的。     

一种新的旋流连铸技术——电磁旋流水口

日本及中国的学者研究表明,在连铸过程中浸入式水口内的旋转流动可以有效改善结晶器内的流体流动状态并提高钢坯的表面和内部质量。笔者提出一种新的旋流连铸技术,即利用水口外的旋转电磁场对钢液的洛伦兹力,使水口内钢液形成旋转流动。对圆形电磁旋流装置作用下圆坯及方坯连铸过程结晶器内钢液流场进行了三维数值模拟,分析了350 A电磁旋流作用下圆坯及方坯结晶器内钢液流场。结果表明：①水口电磁旋流使得圆坯结晶器内的钢液都处于旋转状态。②有旋流时,在方坯结晶器角部的附近可以观察到水平流动;钢液的冲击深度更小,上返流增强。     

内冷却器对方坯连铸结晶器内钢水流动影响的数值模拟

采用CFD软件Fluent对0．2％碳钢165mm方坯连铸结晶器内钢水在流场温度场耦合作用下钢水流动状况进行数值模拟并考察结晶器内冷却器的作用。结果表明内冷却器可以明显的减缓钢液的波动状况，降低钢液的流动速度。而使钢液的流动变得均匀。     

水口位置对电磁偏心搅拌作用下大圆坯连铸结晶器内流动及传热的影响

为消除电磁偏心搅拌给φ380 mm断面圆坯质量造成的不利影响,采用数值模拟方法研究了水口位置对大圆坯连铸结晶器和足辊区内钢液流动和传热的影响。结果表明:在电磁偏心搅拌作用下,大圆坯外弧侧更大的电磁力使从水口进入结晶器的钢液流向外弧侧,并使外弧侧钢液温度升高。将水口向内弧侧偏移后,水口内钢液流向内弧侧,碰到结晶器壁后形成一个较大的回流区,结晶器上部回流区缩小;钢液温度尤其是弯月面处钢液温度明显降低,同时内、外弧侧钢液温差增大。虽然改变水口位置有利于消散钢液热量,但不利于保护渣熔化且增加内、外弧钢液温差,所以改变水口位置的方法不宜用于消除电磁偏心搅拌的不利影响。     

连续铸钢结晶器温度场的试验研究及其数值模拟

连铸钢坯过程中,结晶器处于高温钢液和高速冷却水的综合作用下,结晶器温度场的合理分布是保证连铸正常进行的关键.为得到结晶器内壁界面温度分布规律,设计了模拟结晶器工作过程的试验装置,进行了动态水流和静态水流对结晶器壁温度影响的测试试验.结果表明,结晶器内壁温度趋近于冷却水温度.结合试验数据推导了结晶器界面等效导热系数,用等效导热系数处理钢液与结晶器内壁的边界传热,对连铸钢坯结晶器温度场进行数值模拟,模拟结果与有关研究结果符合.     

薄板坯连铸漏斗型结晶器内流动、传热和凝固行为的数值研究

针对薄板坯连铸漏斗型结晶器,建立了钢液流动与凝固传热的三维耦合模型,在不改变造型复杂的水口和漏斗型结晶器的尺寸和结构的前提下,计算分析了不同操作参数——拉坯速度和浇注温度对结晶器内流场、温度场和凝壳的影响,同时采用了第二类和第三类两种不同的热边界条件进行了流场和温度场的分析。计算结果表明,钢液凝固壳及糊状区对结晶器内钢液的流动有很大影响,采用第二类热边界条件能够更真实地反映出结晶器内流动对传热的影响。     

水口结构对超宽板坯连铸结晶器内流场和温度场的影响

建立了超宽板坯结晶器两相热流耦合模型,对比计算了4孔和5孔的浸入式水口与传统二分式水口结晶器内钢液流动和温度分布情况,重点比较了采用3种水口结晶器内自由液面波动情况和该处钢液的流动与传热行为以及结晶器出口处钢液温度分布情况。研究表明,对于超宽板坯连铸结晶器,5孔水口和4孔水口结晶器的流动和传热行为都优于传统二分式水口,而且5孔水口结晶器出口处的温度分布更有利于铸坯凝固,改善中心偏析。     

薄板坯连铸结晶器模拟的现状和发展趋势

从薄板坯连铸结晶器铜板及铸坯的传热和应力数值模拟研究入手,分析目前应用数值模拟方法在模拟薄板坯连铸结晶器内钢水的流动传热及应力状态的研究现状,并展望薄板坯连铸结晶器数值模拟的研究方向.     

连铸中间包内钢液流动与传热耦合过程的计算机模拟

在开发描述中间包全内钢度流动与热三维耦合数学模型的基础上，对实际中间包内的流动和传热和过程进行了计算机模拟仿真研究，考察有了／无流动控制情况下，自然热对流对中间包内钢液流动行为的影响，对流动控制装置的功能进行了分析与讨论。     

中间包传热边界对钢液流动及传热计算的影响

以某厂T型中间包为例,建立了中间包内钢液流动、传热数学模型。针对数值模拟中存在的传热边界条件的准确性问题进行探讨,引入了中间包包衬散热计算模型,得出关于中间包包衬结构的热流散失与内壁温度的关系,作为中间包内钢液流动、传热计算的边界条件。利用商用Fluent软件模拟计算,并比较分析了不同边界条件对中间包内钢液流动、传热的影响,结果表明提出的边界条件模型法使计算模拟结果更符合实际。     

Comparisons between different models for thermal simulation of GTAW process

0IntroductionIn arc welding processes,final microstructure andmechanical properties of the weldments mainly depend onthe thermal cycle undergoing during the heating and cool-ing process.The accurate analysis of the welding thermalprocess is the foundation…     

TIG焊接熔池中的流体流动及传热过程的数值模拟

本文建立了运动电弧作用下三维TIG焊接熔池中的流体流动及传热过程的数学模型。该模型同时考虑熔池内部液态金属的对流、传导和熔池外部的固体导热,克服了雷卡林公式和纯导热数值解将焊接热过程当作纯粹固体热传导问题的局限性,扩展了电弧固定时的二维熔池传热模型。根据该模型得出的计算结果和实验测试结果吻合程度良好。     

基于Fluent的合金化炉保温段温度场的数值模拟

建立合金化炉保温段内空气流动与热交换的物理与数学模型,利用Fluent软件,采用标准κ-ε湍流模型,对合金化炉保温段内气体流场和温度场的分布进行数值模拟研究.经分析知模拟结果与实际情况较吻合,此方法对了解和控制合金化炉内的温度分布具有指导意义.     

激光穿透焊温度场及流动场的数值模拟

建立了复合热源作用下的激光穿透焊接熔池流动三维计算模型,热源由作用在激光表面的高斯热源以及沿激光入射方向的柱状热源组成,分别考虑了等离子体和小孔吸收机制。通过添加源项的办法解决了过渡区相变问题,从而将固态区和液态区组合一起求解,简化了固液边界条件的处理难度。通过TC1钛合金激光焊接试验验证了模型的正确性,计算所得的熔池截面与试验结果吻合良好。结果表明,Marangoni对流是形成激光穿透焊“沙漏”状熔池形貌的主要原因。     

Turbulence flow and heat transfer of aluminum melt in tip cavity in process of thin-gauge high-speed casting

The uniformity of flow distribution of aluminum melt in tip cavity is a precondition to decide whether or not thin-gauge high-speed casting can be accomplished smoothly. The laws of aluminum melt flow and heat transfer in tip cavity can be found out through numerical simulation, which gives theoretical basis for solving the problem of the flow distribution of melt in tip cavity. A mathematical model with a low Reynolds number k--ε model for turbulence flow and heat transfer of aluminum melt in tip cavity was developed. The finite difference method was used to calculate the flow field and temperature field of aluminum melt in tip cavity. The phenomena and characteristics of turbulence flow and heat transfer were analyzed, including the characteristics of temperature distribution of turbulence similar to that of laminar flow. The simulation results are in good agreement with the experimental results for flow velocities and temperature at the exit of tip, which verifies the validity of the simulation results.     

SIMULATION OF STEEL COIL HEAT TRANSFER IN HPH FURNACE

The mathematical model has been estublished for the simulation of steel coil＇s heat transfer during annealing thermal process in HPH （high performance hydrogen） furnace. The equivalent radial thermal conductivity is adopted by statistical analysis regression approach through the combination of a large quantity of production data collected in practice and theoretical analyses. The effect of the number of coils on circulating flow gas is considered for calculating the convection heat transfer coefficient, The temperature within the coil is predicted with the developed model during the annealing cycle including heating process and cooling process. The good consistently between the predicted results and the experimental data has demonstrated that the mathematical model established and the parameters identified by this paper are scientifically feasible and the effective method of calculation for coil equivalent radial heat transfer coefficient and circulating gas flow has been identified successfully, which largely enhances the operability and feasibility of the mathematic- model. This model provides a theoretical basis and an effective means to conduct studies on the impact that foresaid factors may imposed on the steel coil＇s temperature field, to analyze the stress within coils, to realize online control and optimal production and to increase facilily output by increasing heating and cooling rates of coils without producing higher thermal stress.     

蓄热式连续加热炉应用中若干问题研究

介绍了蓄热式连续加热炉在国内钢铁企业中的应用现状;深入分析了其推广应用的适用性、蓄热室的蓄热能力难以满足生产要求、加热炉运行中炉压较大且易波动、自动化控制水平不高等问题;提出了应加强在蓄热式加热炉结构型式选择、蓄热室同炉膛耦合传热、炉内气体限制射流与自动化控制等方面的研究,不断改善其不足,推动其发展。