铸件凝固进程的数值模拟

科学预测表明:铸造工艺CAD是凝固充填数值模拟发展的必然结果。今后一个时期内,CAD将成为铸造生产中强有力的技术竞争工具。本文用数值计算方法模拟计算铸件的动态温度场;采用临界固相率(fs=66％)来预测铸件缩孔缩松的大小和位置;用高级BSICA状态下的图象显示功能,以不同的颜色表示各单元的固相率变化,较逼真地反映了铸件的凝固过程和缺陷产生的情况。     

连铸异型坯凝固过程的数值模拟

为了解决连铸异形坯的表面及内部裂纹问题,以实测异形坯连铸工艺参数作边界条件,采用有限元方法,利用ANSYS商业软件对铸坯的凝固发展过程进行了数值模拟,模拟结果与实测铸坯表面温度吻合.计算结果表明,对于SS400异型坯,在当前的工艺条件下,仅有圆角处的表面温度在二冷区中前段,温度处于高温塑性区,铸坯的其他部位表面温度均落在相应钢种的低温脆性区.因此二冷区可以进一步采用弱冷方式,使异型坯在二冷段和矫直辊前的表面温度处于高温塑性区.     

水平连铸凝固过程的数值模拟

为了获得较优的拉坯参数组合,基于轴对称热平衡方程,提出了一个可以用于描述铸坏初生凝壳的生长和形状的数学模型。采用Crank-Nicolson格式(ADI法),方程可以在计算机上快速而准确地求解。对于低碳镇静钢φ90mm圆坯,平均拉速为2m/min时,计算的拉坯周期终了时的凝壳形状与实际相符。     

厚板坯连铸凝固过程数值模拟

将鞍钢股份有限公司一炼钢厚板坯连铸结晶器、二冷水导热的实际情况与铸坯凝固导热过程的理论分析相结合,采用VisualBasic语言对厚板坯连铸凝固过程进行了模拟计算,模拟计算结果与铸坯射钉测厚结果基本一致。数值模拟结果表明,一炼钢新购置的动态配水系统实际运行满足铸坯凝固需要。     

方坯连铸凝固传热的复合数值模拟

根据连铸机特点和铸流场特性，在拉坯方向上将整个铸流长度划分为上部计算域和下部计算域。对于铸坯温度场的数值模拟，上部计算域充分耦合钢液对流对传热的影响，采用了三维稳态流动传热耦合模型；下部计算域则将铸流场对传热的影响考虑为有效导热系数，并忽略拉坯方向上的传热效果，采用了二维非稳态有效导热系数模型。计算过程和结果表明，采用此复合模拟方法保证了数值模拟的准确性并降低了仿真程序的计算成本。     

铸件凝固进程的三维数值模拟

本文提出了模拟铸件凝固进程的一种简化的三维方法。这种方法首先将铸件的几何形体特征必须用三维法模拟的部分孤立出来,用三维数值计算求它们的二维当量潜热,再将铸件各部分组合起来,对整体铸件用二维法进行模拟。计算结果表明,与完整的三维法模拟结果符合较好,而又可以大量节省计算机主存容量、机器时间和人的劳动。     

方坯连铸结晶器凝固传热的有限元数值模拟

根据方坯结晶器的传热特点,研究了方坯连铸机结晶器二维非稳态凝固传热的有限元模型,应用ANSYS软件预测在浇注过程中结晶器的温度分布和凝固状态,分析了拉速、浇注温度及结晶器圆角半径对铸坯温度和坯壳厚度的影响.结果表明,经模型计算得出坯壳厚度值与现场测定拉漏数据基本相符.     

基于有限元的板坯连铸凝固过程数值模拟

利用有限元分析软件Marc2003建立了板坯连铸凝固过程的二维数学模型.通过计算,可以得到连铸坯在任意段截面的温度场分布、凝固坯壳的厚度和相应的冶金参数.拉坯速度、过热度等工艺参数对温度场分布和凝固坯壳的生成影响很大,可以利用模型对工艺参数进行优化配置.     

异形坯连铸充型凝固过程数值模拟

利用CFD商用软件Flow-3d,对单双水口Q215钢750 mm×450 mm×120 mm异形坯连铸结晶器内钢水充型凝固过程进行数值模拟,得到了速度场、温度场的分布图和充填过程自由表面的位置和形状图。分析了单双水口模型对速度场及凝固的影响。结果表明,双水口模型可以减轻结晶器上部回流的强度,减小冲击深度,提高传热效率,加快结晶器内钢液的凝固速度,有助于提高铸坯的质量和提高拉速。     

关于连铸坯凝固传热有限元数值模拟的研究

建立了结晶器内连铸坯凝固传热的有限元数值计算模型，并就模型中两种凝固潜热处理方法，两种三点时间格式以及两种热容矩阵的应用进行了比较，同时研究了时间步长和计算网格大小对数值模拟结果的影响。     

气隙对连铸坯凝固影响的有限元数值模拟

以连铸坯凝固传热有限元数学模型研究了铸坯角部形状和气隙对坯壳凝固行为的影响研究结果表明：采用有限元法离散铸坯圆角能更合理地反映铸坯角部的几何和换热条件，从而可以更准确地研究角部换热条件对铸坯凝固行为的影响。角部气隙显著地降低了坯壳表面的换热，使铸坯偏角区成为热节区。此热节区是铸坯凹陷、皮下裂纹等缺陷和漏钢事故发生的诱因。     

碳钢板坯连铸凝固模拟

采用开发的凝固模拟系统对 0 .0 7%～ 0 .70 %碳钢 15 0 0mm× 15 0mm连铸板坯凝固过程进行了模拟。研究了化学成分、结晶器水量、二冷区水流密度、拉坯速度和浇注温度对液相穴深度 (L)、液 固两相区高度 (h)、结晶器出口处和二冷区出口处的坯壳厚度 (S1和S2 )的影响。结果表明 ,随钢中C %由 0 .0 7%增至0 .70 %时 ,L值由 4 0 0cm增至 5 4 0cm ,在 0 .17%C时h有最小值 (10 0cm) ,S1和S2有最大值 (18mm和 5 2mm)。为保证结晶器出口处的已凝固的坯壳厚度 (S1) ,增大结晶器冷却水流量和降低浇注温度具有明显的效果     

AH32钢板坯连铸凝固传热过程数值模拟

建立了板坯连铸过程中,垂直拉坯方向传热的二维切片跟踪铸坯凝固数学模型.利用有限元软件ANSYS对板坯连铸凝固过程进行了瞬态热分析,并进行了射钉实验验证.对不同的过热度,不同的拉速(1.0和1.1 m/min)条件下,切片各点随时间变化的温度分布,以及铸坯壳厚度进行计算,并确定凝固末端位置.结果表明:随着过热度、拉速的增加,凝固末端位置距离结晶器液面变远;在合理的范围之内,拉速增加,铸坯表面温度增加,有助于防止铸坯表面裂纹的产生及提高板坯的生产效率.     

基于连续模型的板坯连铸凝固过程的数值模拟

结合实际测量数据，建立了基于连续模型的板坯连铸过程流场、温度场和凝固的三维耦合数学模型。计算结果表明：该模型可用于描述连铸板坯结晶器和整个二冷喷水区的凝固进程；凝固坯壳的生长限制了流体流动的空间，加快了水口出口钢流的动量衰减；流体流动加快了铸坯内部传热机制由对流向热传导传热的转变进程，控制了两相区的发展。     

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℃。     

双辊薄带连铸工艺凝固区的数值模拟

采用数值模拟方法,建立了双辊薄带连铸工艺凝固区的数学模型,对某预投产的双辊薄带连铸设备在工况下的凝固终点位置进行计算,同时对影响凝固终点的因素如浇注温度、辊速等工艺参数进行分析。结果表明:设计时将钢液出流方向左右各移2mm及拉坯速度为30m/min时,凝固区分布最佳;浇注温度的提升对凝固终点位置影响不大;辊速增加,凝固终点纵向位置逐步降低至消失。     

板坯连铸结晶器内钢水流场和传热凝固数值模拟

 以鞍山钢铁集团公司中薄板坯连铸机为研究对象,利用商业软件CFX44对结晶器内钢水流场和传热凝固进行了数值模拟,主要研究了三孔浸入式水口的冶金特征及其对结晶器内钢水流场和温度场的影响。结果表明,采用三孔浸入式水口可以优化结晶器内钢水流场和温度场,稳定坯壳发育和成形,防止拉漏。     

双辊薄带连铸凝固过程的数值模拟与分析

建立了双辊薄带连铸冷却数学模型，并利用有限元软件对薄带连铸凝固过程进行了数值模拟。同时，通过对不同的网格划分方法对计算结果的影响进行了比较和分析，为进一步对薄带连铸凝固过程的深入分析奠定了基础。     

冷床上钢坯冷却的数值模拟

应用仿真软件模拟研究了在空冷条件下,在规定的冷却间距下,不同尺寸的方坯、棒材在冷床上不同位置的温度分布。结果表明:尺寸及间距不同,其对应的辐射率不同;钢坯温度越高,温降速度越快;钢坯冷却到300℃左右时温降速度最慢,此时温降曲线趋于平滑;钢坯的断面尺寸越大,其边部与芯部的温度相差越大,但随着温度逐步降低,边部与芯部的温度差别就越来越小,直至趋于相近。