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.     

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。     

Q345大方坯连铸过程表面温度变化的数值模拟

以Q345大方坯1/4断面为研究对象,建立连铸过程凝固传热有限元数学模型,然后应用AN-SYS有限元软件计算出铸坯任意断面的温度分布、坯壳厚度以及任意节点的凝固状态等,把各特征点连接起来,就可以得到连铸坯表面温度的变化曲线,以此可以优化连铸工艺参数,提高铸坯质量.     

连铸结晶器内铸坯温度场和应力场耦合过程数值模拟

针对碳钢在连铸结晶器内的凝固过程,考虑铸坯和铜板间接触状态,建立了完全热力耦合的二维热-弹塑性有限元模型.利用MARC商用软件包在微机上求解,模拟出了连铸结晶器区域热和力学状态,特别是铸坯和结晶器壁界面状态,包括铸坯表面温度、界面热流和气隙分布规律等.本模拟工作可以为优化结晶器锥度,开发高拉速曲面结晶器提供理论依据和技术基础.     

连铸结晶器振动过程连铸坯应力分布有限元分析

对连铸结晶器振动过程进行了有限元模拟,获得了结晶器振动过程连铸坯表层应力分布,分析了结晶器锥度、结晶器与连铸坯间摩擦系数、拉速和连铸坯厚度对连铸坯表层应力分布的影响。振动过程结晶器末端附近区域连铸坯表层出现应力集中。随结晶器锥度减小和连铸坯宽度增加,连铸坯表层最大应力增加;拉速和连铸坯与结晶器间摩擦对连铸坯表层最大应力影响很小。研究结果对分析和认识连铸坯表面振痕的产生原因和结晶器磨损具有指导作用。     

连铸结晶器过程综合冶金行为的数值模拟

 结合连铸机设备工艺条件和所采用浸入式水口结构进行了结晶器内钢水流动、自由液面以及传热凝固等冶金现象的综合描述和数值分析。结果表明：浸入式水口通过控制钢水射流形态和强度可以显著影响结晶器熔池液面的起伏波动;上旋涡流股由液面返回时的抽引作用是波动起伏的主要原因,波谷处的液面流速最大;除钢水射流及其邻近钢水外,结晶器熔池中绝大部分钢水都因强烈对流和湍流扩散而保持其温度在液相线上恒定,研究条件下的熔池液面钢水最大过热度可达2 K以上,但此时的液面最大波高差和最大流速分别为9 mm和036 m/s。     

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座：第十七讲 影响结晶器传热的 ？

结晶器传热是连铸过程中最为复杂和重要的现象之一。影响结晶器传热的因素很多，如铸坯的拉速、钢的成分以及结晶器的结构等。合理地控制结晶器的传热状态，对提高铸坯产品质量、防止漏钢起着十分重要的作用。     

连铸坯大过程中传输现象基础知识系列讲座：第十九讲 连铸坯凝固传热数学

连铸坯凝固时的传热过程是一个十分复杂的过程，用等效传热系数的方法来描述则简便易行。介绍了等效传导传热模型的基本方程边界条件和初始条件、物性参数的处理以和值求解方法等。     

小方坯连铸机结晶器的研究

建立了铸坯固传热数学模型，模拟计算了铸坯温度场，坯壳厚度，热流场，坯壳热收缩应力场，坯壳与铜壁间气隙厚度，计算坯壳厚度与实测坯壳厚度基本吻合，计算结果为连铸机生产，连铸机设计提供参考。     

方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

根据麦克斯韦电磁理论,利用有限元分析软件ANSYS对240 mm×280 mm方坯结晶器电磁搅拌的磁场进行数值模拟。分析电流强度、电流频率及结晶器铜管等对搅拌器内磁场分布的影响,得到了磁场特性与电磁搅拌参数的关系。研究结果表明:旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生旋转电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动;磁感应强度随电流强度的增大呈线性递增;在低频搅拌条件下频率对电磁搅拌强度的影响较小,而铜管厚度对磁场强度影响较大;模拟结果与实测结果基本吻合。     

板坯连铸结晶器内氩气泡行为的模拟研究

针对氩气泡在板坯连铸结晶器中的运动行为,以190 mm×1 900 mm板坯连铸结晶器原型为研究对象,采用水力学模型及数值模拟的方法,重点研究了拉速为1.7 m/min时不同水口吹气量对结晶器内气泡大小、气泡分布、液面波动、渣-金行为等的影响。研究结果表明:随着水口吹气量增加,气泡尺寸逐渐增加,结晶器窄边气泡数量不断减少,气泡大都聚集在水口附近上浮,水口吹气量是引起乳化卷渣、水口附近液面裸露及卷渣等的主要因素。     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以150 mm×(1 600～3 250) mm宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了一个三维有限体积模型,采用多相流的VOF模型对结晶器内保护渣-钢液界面波动进行数值模拟,重点研究了拉速、水口倾角、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度、拉速的增加,液面波动明显增大;采用较大的水口倾角,可以抑制液面波动,减少卷渣.     

Multiphase Flow and Thermo-Mechanical Behaviors of Solidifying Shell in Continuous Casting Mold

 The metallurgical phenomena occurring in the continuous casting mold have a significant influence on the performance and the quality of steel product. The multiphase flow phenomena of molten steel, steel/slag interface and gas bubbles in the slab continuous casting mold were described by numerical simulation, and the effect of electromagnetic brake (EMBR) and argon gas blowing on the process were investigated. The relationship between wavy fluctuation height near meniscus and the level fluctuation index F, which reflects the situation of mold flux entrapment, was clarified. Moreover, based on a microsegregation model of solute elements in mushy zone with δ/γ transformation and a thermo-mechanical coupling finite element model of shell solidification, the thermal and mechanical behaviors of solidifying shell including the dynamic distribution laws of air gap and mold flux, temperature and stress of shell in slab continuous casting mold were described.     

大方坯结晶器圆角半径大小对铸坯角部热-机械状态影响

通过采用Marc软件建立包括结晶器与大方坯凝固坯壳之间动态热交换的热-力耦合模型,分析了结晶器圆角大小对铸坯和结晶器热-力学状态温度、应力和应变分布的影响。结果表明,对于280 mm×380 mm断面铸坯,结晶器圆角半径应选17.5～20 mm为宜,结晶器圆角半径过小,铸坯偏离角部10～20 mm区域表面温度波动较大,不利于坯壳均匀生长;结晶器角部半径过大,结晶器与坯壳之间在角部摩擦严重,易导致坯壳龟裂。     

连铸坯凝固过程热力耦合有限元模拟

 以铸坯和结晶器之间的间隙热阻为纽带,考虑保护渣凝固对接触热阻和渣膜热阻的影响,建立了连铸结晶器与铸坯热力耦合模型并编写了相应的有限元仿真程序。模型预测的坯壳厚度和实验结果吻合良好,两者差值≤2 mm。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。结果表明,随着拉速提高,凝固坯壳厚度减薄,铸坯产生角部裂纹的趋势增加。     

宝钢3号板坯连铸结晶器传热行为的模拟研究

通过建立传热模型,研究了板坯结晶器的传热行为.模型的建立考虑到结晶器内湍流运动对过热度分布的影响,提出了耦合流场和温度场求解坯壳热流密度,并将其导入传热模型计算的方法.模型包括凝固坯壳,结晶器缝隙和铜板的传热,其中计算结晶器缝隙间热量传递过程中,综合考虑了振痕、固渣层、液渣层和气隙对传热的影响,并做了相应处理.模型能根据不同的生产工艺(不同断面形状和尺寸、拉速等),对凝固坯壳厚度,表面温度,结晶器铜板温度,冷却水温差,以及结晶器理想锥度等进行计算.结合宝钢3号连铸机结晶器生产数据,对模型进行了验证,所得计算结果符合实际测量值.     

大圆坯结晶器电磁搅拌器磁场的数值模拟

基于有限元方法,利用ANSYS软件模拟计算了大圆坯连铸结晶器电磁搅拌(M-EMS)器内三维磁场分布,分析了铜管厚度、断面和搅拌电流、频率对磁场分布的定量影响,并通过磁场的实验测定对数学模型进行了验证.研究表明,磁场模拟结果与实测结果吻合得较好;结晶器铜管对磁场具有较强的屏蔽作用,铜管越厚,屏蔽作用越强;小断面结晶器内磁感应强度大于大断面的情况;磁感应强度随着频率的增大而减小,随电流的增大而增大.