软接触电磁连铸过程中结晶器及初生坯壳的传热

为了解高频磁场对软接触电磁连铸结晶器及初生坯壳传热行为的影响,用有限元二维数值模拟方法计算了软接触连铸过程中结晶器及初生坯壳的传热.得知在高频磁场（f=20 kHz）作用下,电磁场的感应加热会减少连铸初生坯壳的厚度、提高连铸坯的表面温度,并大幅度提高分瓣结晶器铜壁的温度.     

CSP结晶器内初生坯壳的应力计算模型

 为研究结晶器振动对初生坯壳应力状态的影响,利用Marc软件建立了结晶器内初生凝壳的应力计算模型,分析了振动过程中凝壳上应力和应变的分布规律。模拟结果表明横向上最大应力和应变出现在振动的波峰时刻,宽面中部比边部的应力略高;而纵向最大拉应力和应变出现在振动的波谷时刻,纵向拉应力在凸弧位置出现拉压应力的交变边界,在振动波谷和振动的半周期时,边界内铸坯受压应力,边界外铸坯受拉应力作用。     

小方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

借助有限元分析软件ANSYS,对150mm×150mm小方坯连铸结晶器电磁搅拌在电流为150A,频率变化情况下的钢液内部磁感应强度和电磁力进行了数值分析,并分析了结晶器厚度对钢液内部磁场的影响以及不同时刻钢液内部电磁力的分布。模拟结果表明,在结晶器电磁搅拌时,同一个断面上,4个角部的磁感应强度最大;随着频率的增加,钢液内部磁感应强度降低,钢液边部电磁力在4~5Hz时最大;钢液内部的电磁力在1个周期的不同时刻,形成了同一个方向的力偶,在这个力偶的作用下,完成了对钢液的搅拌;结晶器厚度对钢液内部磁场影响很大,厚度增加,钢液内部磁感应强度降低。     

圆坯结晶器铜管温度场模拟

为了延长结晶器的使用寿命,必须了解铜管的温度场分布,故建立了圆坯结晶器铜管温度场的二维稳态柱坐标数学模型,并用该模型模拟了包头钢铁公司Х３５０ｍｍ大圆坯连铸机结晶器铜管的温度场。得出的计算结果与实测结果相符,证明该结晶器铜管的设计合理。     

纵向细沟槽结晶器改善初生坯壳传热的模拟实验

 连铸坯初生坯壳厚度的均匀程度直接影响其表面质量。通过铋热态模拟浸渍实验,对比表面光滑和表面刻划纵向沟槽水冷铜板的初生坯壳性状,研究沟槽内壁结晶器改善初生坯壳传热的效果。实验结果表明,水冷铜板表面刻划纵向沟槽,可明显均匀初生坯壳厚度。     

圆坯结晶器铜管温度场模拟

为了延长结晶器的使用寿命 ,必须了解铜管的温度场分布 ,故建立了圆坯结晶器铜管温度场的二维稳态柱坐标数学模型 ,并用该模型模拟了包头钢铁公司35 0 m m大圆坯连铸机结晶器铜管的温度场。得出的计算结果与实测结果相符 ,证明该结晶器铜管的设计合理     

圆坯连铸结晶器温度场模拟与坯壳厚度预测

基于连铸圆坯结晶器温度与热流实测数据,建立了连铸圆坯凝固的三维传热模型,计算出结晶器和铸坯的温度场,并得到铸坯的固相率与坯壳厚度分布情况.温度计算结果与实测数据符合较好,表明此数学模型能够较为准确地反映实际情况.讨论了拉速、浇注温度等因素对坯壳厚度的影响,并对利用模型计算与经验公式计算得到的坯壳厚度进行了对比.     

连铸结晶器内大方坯的热力耦合分析

针对攀钢大方坯连铸机投产初期铸坯表面角部纵裂缺陷,建立了大方坯连铸结晶器内铜板与铸坯问的热力耦合模型,应用模型分析了大方坯连铸结晶器内的传热过程和坯壳的应力分布.在传热模型中,以稳态模型分析结晶器的传热过程,以瞬态模型分析铸坯的传热过程;在力学模型中,考虑铸坯和结晶器的接触边界以处理结晶器角部的气隙,以热弹塑性模型分析铸坯的变形和应力场.2种结构的连铸结晶器中大方坯温度场和应力场计算结果表明,结晶器倒角从25 mm×45°变为12 mm×45°时,可改善铸坯角部的传热条件,降低凝固坯壳角部温度,增加凝固坯壳厚度,有利于减轻和防止铸坯角部裂纹.     

板坯连铸结晶器内坯壳凝固收缩的数值模拟

利用ANSYS商业有限元软件,建立了板坯连铸结晶器二维凝固传热数学模型。采用传热和应力、应变直接耦合的方法,对结晶器内钢液在浇铸过程中的凝固传热进行了数值模拟分析,并对同一拉速下的3个典型钢种和同一钢种在不同拉速下的铸坯窄面温度分布和收缩量进行了讨论。结果表明:在结晶器出口处,3个钢种板坯窄面中心温度高低顺序为:X70SS400/D36;3个钢种板坯窄面中心收缩量大小顺序均为:X70D36SS400;同一钢种的拉速增加0.1m/min,铸坯窄面中心温度升高23.75℃。     

宽板坯结晶器浸入式水口结构优化的数值模拟

以某钢厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用商业软件PHOENICS建立一个三维有限差分模型,模拟宽板坯连铸结晶器内钢液的流动分布.通过分析水口底型、倾角、插入深度等工艺参数对钢液面波动、流股对结晶器窄面的冲击力及涡心高度的影响,得出适用于宽规格结晶器的合理的浸入式水口.通过研究,为优化宽板坯结晶器内钢液的流场及浸入式水口的设计提供了科学依据.     

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。     

宽规格板坯连铸结晶器浸入式水口的数值模拟

利用Fluent计算软件建立三维数学模型对马钢板坯连铸结晶器内钢液的流场和温度场进行数值模拟研究,并进行正交试验,分析了水口浸入深度(150～190 mm) 、水口侧孔倾角(-10°～-16°) 、水口侧孔与中孔的截面积比值(2,2～3.2)对拉速0.9 m/s,230 mm×1800 mm结晶器内钢液流动的影响。研究结果表明,水口浸入深度和倾角对结晶器液面波动F数和凝固坯壳厚度的影响较为显著。对于浇铸断面230 mm×1800 mm的结晶器浸入式水口的最佳工艺参数为:浸入深度170 mm、水口侧孔倾角13°、侧孔出口与中孔面积比2.7。     

宽板坯连铸结晶器内卷渣现象试验研究

结合宽板坯连铸结晶器的4种断面尺寸,采用1:1水模型进行试验,研究了浸入式水口吹气量、水口浸入深度、水口吐出孔数、水口底部形状、拉速和结晶器断面宽度等工艺参数对结晶器内流体流动行为的影响情况,观察到结晶器内水口周围有旋涡卷渣和液面扰动卷渣,断面1/4区域是液面扰动卷渣,窄面区域有"类旋涡"卷渣和剪切卷渣.结果表明,结晶器内的卷渣与各种工艺参数是相关的,对工艺参数进行优化,就可减少卷渣的发生.     

Numerical Investigation of Shell Formation in Thin Slab Casting of Funnel-Type Mold

The key issue for modeling thin slab casting (TSC) process is to consider the evolution of the solid shell including fully solidified strand and partially solidified dendritic mushy zone, which strongly interacts with the turbulent flow and in the meantime is subject to continuous deformation due to the funnel-type mold. Here an enthalpy-based mixture solidification model that considers turbulent flow [Prescott and Incropera, ASME HTD, 1994, vol. 280, pp. 59–69] is employed and further enhanced by including the motion of the solidifying and deforming solid shell. The motion of the solid phase is calculated with an incompressible rigid viscoplastic model on the basis of an assumed moving boundary velocity condition. In the first part, a 2D benchmark is simulated to mimic the solidification and motion of the solid shell. The importance of numerical treatment of the advection of latent heat in the deforming solid shell (mushy zone) is specially addressed, and some interesting phenomena of interaction between the turbulent flow and the growing mushy zone are presented. In the second part, an example of 3D TSC is presented to demonstrate the model suitability. Finally, techniques for the improvement of calculation accuracy and computation efficiency as well as experimental evaluations are also discussed.     

立式板坯连铸机结晶器内流场的数值物理模拟

采用1:1的水模型研究了200 mm×1:300 mm立式板坯连铸结晶器内流场和在水口浸入深度115mm、拉坯速度0.55 m/min时水口结构参数(侧孔尺寸40 mm×40 mm～40 mm×80 mm,侧孔角度+15。～一15。)对液面波动的影响,基于流体力学计算,利用Fluent软件和采用κ-ε双方程高雷诺数湍流模型对板坯结晶器内的流场进行了三维数值模拟。结果表明,数值模拟结果与物理模拟结果较吻合;水口结构参数对液面湍动能的影响较明显;在1~#～4~#水口中,2~#水口(40 mm×40 mm,+15°,向下,倒Y形底部)的使用性能相对较好;流股的冲击速度越浅,自由液面湍动能越大。     

板坯连铸结晶器伸入式水口数理模拟研究及应用

针对重钢板坯连铸生产状况，采用物理模拟和数值模拟的研究方法，对结晶器内钢液流动行为进行了研究。优选出适合重钢板坯连铸工艺的伸入式水口结构尺寸及相关系数，并在生产中得到验证及应用。     

Behavior of Liquid Steel in Mold for Thin Slab Caster

Thinslabcasting ,animportantnewtechnologyindevelopmentofironandsteelindustry ,isasignif icantbreakthroughinthefieldofnearnetshapeca stingtechnology .Althoughthethinslabcastinghasbeensuccessfullyappliedtoindustrialproduction ,itisstillexpectedtoimprovefurtherinthetermsofsteelgrades ,qualityandproductivity .Thekeyistomodifytheinternalshapeofmoldandsubmergeden trynozzle (SEN ) .Atpresent ,theinternalshapeofmoldandSENhasbeenfurtherstudiedtocastdif ferentqualitysteelsinChinaandothercountries[1,2…     

板坯连铸结晶器内吹氩参数优化

 针对梅钢2号铸机板坯的气孔缺陷问题,采用水力学物理模拟的方法,研究了拉速、水口插入深度和吹气量对结晶器内气泡分布的影响。根据物理模拟结果对吹气量进行了优化,得到了吹氩量与结晶器通钢量的定量关系式,并在大生产中进行了应用。结果表明,将实际中的吹氩量控制在优化的吹气量范围之内时,硫印评级方法检测的针孔状气孔缺陷等级从10级降为05级,缺陷铸坯比例降幅达127%,低倍检验缺陷铸坯比例降幅达618%。     

电磁场作用下板坯连铸结晶器内的弯月面行为

用Pb-Sn-Bi低熔点合金进行了热模拟实验.从液面波动人手,研究了在单条形电磁场作用下板坯连铸结晶器内的弯月面行为.实验结果表明可应用磁场控制结晶器内金属液面的波动.当水口角度为向下30°时,磁场对表面波动的抑制作用有一最佳值,即磁感应强度为0.5 T时液面平均波动最小,液面较稳定.施加磁场使弯月面处温度明显提高,使水口出流的向下冲击深度受到抑制,这有利于夹杂物的上浮分离,达到提高板坯内部质量的目的.