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。     

连铸板坯凝固过程中夹杂物运动模拟研究

基于CFD建立了连铸过程中钢液流动、凝固及夹杂物运动三维数学模型。考虑铸坯弧形和水口形状,研究了连铸板坯凝固坯壳对钢液流动和夹杂物运动的影响,得出了夹杂物的上浮率及在凝固铸坯上的分布。研究结果表明,铸坯凝固对钢液流场有显著影响。凝固坯壳阻碍钢液向下流动,考虑凝固的钢液回流区更靠近弯月面,钢液流出回流区更趋于向铸坯中心运动;凝固的夹杂物上浮率相对于不考虑凝固的夹杂物上浮率高。     

轴承钢连铸工艺的数学模型研究

本文依据冶钢连铸机具有条件和GCr15钢的热物理参数,建立了连铸坯凝固数学模型,经过坯壳温度和坯壳厚度的双重验证,证明模型实用。用该模型研究了主要工艺参数对连铸生产及铸坯质量的影响,优化了GCr15钢连铸的最佳工艺参数。     

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。     

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。     

超轻镁合金板坯直冷连铸三维温度场数值模拟

运用有限差分法,对超轻Mg-Li合金(LA141)板坯直冷连铸过程温度场进行数值模拟,根据实际过程的物理现象以及文献资料确定包括一冷区、二冷区在内的边界条件,并且考虑底模与铸坯之间随着铸坯的变形而引起的换热系数的变化.通过计算铸坯内温度场的分布,固-液界面的形状和位置,分析各种铸造参数,包括浇注温度、冷却水量、铸造速度等对连铸过程的影响.另外也比较了在同等铸造条件下LA141铸坯和AZ31铸坯铸造过程中凝固前沿的形状.     

基于瞬态传热数学模型的板坯连铸二冷优化

裂纹是板坯连铸生产过程中常见的缺陷,制定合理的二冷工艺是减少铸坯裂纹的重要措施。以JBS275-B钢为对象,研究了板坯连铸二冷的工艺优化。基于凝固传热学基本理论,建立了二维板坯瞬态传热数学模型;根据高温塑性实验曲线,结合二冷区冶金原则,确定二冷区各段终点的表面目标温度;根据制定的铸坯表面目标温度,优化了二冷工艺,最终达到消除铸坯裂纹的目的。     

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。     

基于强冷策略的连铸小方坯二冷纵-横均匀冷却研究

以国内某钢厂ML40Cr钢连铸小方坯为研究对象,考虑凝固过程中结晶器气隙的形成,建立了连铸小方坯二维凝固传热模型。在避开钢的第三脆性温度区(674~814℃)与二冷强冷的前提下,将二冷比水量由0.89 L/kg增加到1.29 L/kg,二冷区2段铸坯表面喷淋水覆盖率调整为90%。结果表明,配水优化后,矫直点处连铸坯角部温度为802℃,处于钢的脆性温度区,最大回温速率较大,为122℃/m;调整喷淋水覆盖率后,矫直点处连铸坯角部温度为821℃,避开了钢的脆性温度区,最大回温速率为80℃/m,且角部温度升高了136℃,改善了角部过冷问题,较好地实现了连铸坯纵-横均匀冷却。     

异型坯连铸二冷区配水模型研究

根据异形坯连铸机的特点,建立了碳素结构钢工字坯连铸过程凝固传热数学模型,分析了工艺参数对结晶器和二冷区铸坯凝固的影响,确立了碳素结构钢二冷区最佳冷却冶金准则。经过大量计算,总结出基于目标温度曲线和液芯长度控制的二冷区配水模型。     

连铸方坯裂纹的改善

介绍了影响连铸裂纹的连铸工艺操作和设备.并从钢液凝固原理分析了连铸方坯裂纹的产生原因.采取了一系列技术改造措施,改善钢液在结晶器内和二冷区的冷却条件使得铸坯裂纹缺陷发生率明显减少.     

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     

异型坯连铸二冷区配水模型研究

根据异型坯连铸机的特点，建立了碳素结构钢工字坯连铸过程凝固数学模型，分析了工艺参数地结晶器和二冷区铸坯凝固的影响；确立了碳素结构钢二冷区最佳冷却冶金准则。经过大量计算，总结出基于目标温度曲线和液芯长度控制的二冷区配水模型。     

GCr15轴承钢大方坯宏观碳偏析形成机理及二次冷却调控机制研究

以国内某钢厂GCr15轴承钢连铸坯实际生产为研究对象,建立了GCr15轴承钢连铸坯凝固传热-微观组织耦合模型,通过研究不同连铸二次冷却模式下大方坯凝固组织特征参数（二次枝晶间距(SDAS)、中心等轴晶率(ECR)）的变化规律,阐明了二次冷却模式对GCr15轴承钢连铸坯凝固组织的影响机理。在此基础上,结合工厂试验与数值模拟分析,阐述了凝固组织特征对宏观碳偏析的作用机理。综合以上研究,揭示了GCr15轴承钢连铸坯二次冷却模式-凝固组织特征参数-宏观碳偏析的作用关系,从“宏-微”观角度提出,通过改善二次冷却调控机制,优化铸坯凝固组织结构,进而减轻GCr15轴承钢的宏观碳偏析。     

连铸板坯辊式电磁搅拌多场耦合模拟

基于库伦规范的Maxwell方程组与标准[k-ε]湍流模型,在考虑铸机结构与铸坯凝固的条件下建立了电磁搅拌传输数值计算的模型。研究了连铸板坯二冷区辊式电磁搅拌凝固坯壳形状与钢液流场的相互影响。结果表明：相对于不考虑凝固,凝固坯壳明显减弱了电磁搅拌强度;凝固坯壳使得钢液流速降低,回流区影响范围减小。电磁搅拌作用下的流场与传热影响凝固坯壳的形状。     

薄板坯连铸凝固过程及溶质偏析的三维耦合数值模拟

采用基于体积平均的有限控制体法，对Fe—C二元合金薄板坯连铸凝固过程进行了紊流流动、凝固及溶质传输的三维耦合数值模拟。计算结果表明，钢液的紊流流动显著改变了薄板坯内温度场形状及溶质浓度的分布。浸入式水口产生的射流对铸坯宽面的冲刷造成了凝固坯壳厚度沿宽面的不均匀分布。同时分析了宏观偏析的形成及可能形成的位置。     

304不锈钢板坯浸入式水口形状对铸坯凝固组织的影响

研究运用冷酸蚀低倍检验的方法对304不锈钢180 mm×1 240 mm连铸板坯进行低倍检验,分析研究了连铸坯内部缺陷以及凝固组织信息。通过数值模拟和物理模拟研究了连铸结晶器以及浸入式水口的内部流场特征,并研究了不同形状的浸入式水口对连铸坯凝固组织的影响,在此基础上对原型浸入式水口进行优化,提出优化水口。结果表明：原型浸入式水口出钢口钢液发生严重的非稳态旋转,结晶器内部流场不对称,连铸坯组织柱状晶倾斜严重;最优化水口结构维持原水口凹形底部结构,但水口出口形状改为矩形,向上倾角为5°。     

不同浸入式水口250 mm×1800 mm板坯连铸过程模拟

通过水模型物理模拟和数值模拟的方法研究某钢厂3种不同水口在250 mm×1 800 mm板坯连铸过程中对钢液流场、弯月面和温度场的影响。结果表明:1#水口弯月面钢液不够活跃,不利于液渣上浮;2#水口存在结晶器上部温度低,结晶器凝固坯壳薄的问题;3#水口具有能促进液渣层分布均匀,提高结晶器上部温度的优点。250 mm×1 800 mm板坯连铸过程中,3#水口使用效果良好。     

不锈钢板坯连铸过程中温度场及凝固的研究

采用有限元法计算了不锈钢板坯在连铸凝固过程中温度场及坯壳的生长随时间的变化.讨论了拉速、过热度、二冷区水量对温度场及凝固末端位置的影响.结果表明,影响铸坯温度场和凝固末端位置的主要因素是拉速,而过热度的影响较小.