连铸圆坯凝固传热过程的数值模拟

研究和开发了连铸凝固传热过程数值模拟程序,并以圆铸坯为研究对象,计算了铸坯表面温度分布和凝固壳厚度,用该模型处理了凝固时相变所产生的结晶潜热.结果表明,计算出的表面温度、坯壳厚度等数据与实验数据相符合,并且对生产实践有较好的指导作用.它可用来优化连铸工艺参数.是进一步开发在线控制模型的基础.     

板坯连铸凝固过程的数值模拟

利用非线性有限元软件MARC,建立板坯连铸凝固过程的数学模型。利用板坯连铸过程控制软件及运行数据库中的数据作为输入条件,计算了铸坯断面的温度、坯壳厚度等,并与原有系统的结果对比,两者基本吻合,此模型可用于深入分析连铸坯凝固机理及优化连铸工艺参数。     

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     

末端电磁搅拌电流强度对12Cr1MoVG铸坯内部质量的影响

采用Procast数值模拟软件计算了连铸生产[?]350 mm断面12Cr1MoVG高压锅炉钢的凝固传热过程,结合坯壳实际温度测定验证凝固传热模型,分析铸坯凝固演变过程,确定了末端电磁搅拌合理安装位置。通过试验对比获得了兼顾铸坯偏析及凝固组织均匀性、致密性的电磁搅拌工艺技术参数：结晶器电磁搅拌为350 A、2.4 Hz,末端搅拌为100 A、7 Hz,从而实现了铸坯内部质量的良好控制。     

提高连铸热送板坯温度的传热模型研究

依据板坯连铸机工艺条件,利用铸坯凝固过程传热数学模型计算了铸坯凝固过程温度场分布和坯壳生长情况,并探讨连铸工艺因素对铸坯温度和凝固过程的影响,示例性地提出了提高铸坯温度的工艺手段.     

连铸圆坯结晶器传热凝固特征的研究

本文搜集、统计、分析了三种断面圆坯的连铸结晶器的冷却水量、水温升、平均热流密度及其它有关参数。通过实际数据找到了结晶器内的铸坯凝固系数k与拉坯速度V的关系,即k∝V~(0.064)。作者还观测了铸坯凝壳,分析了其凝固特点。本文还导出了圆坯连铸结晶器铜管温度分布的计算式。     

连铸凝固传热全过程数值模拟与控制

基于传热学、凝固理论、熔渣理论,建立了凝固传热有限差分数值模型,对连铸全过程进行热状态、凝固状态分析及工艺控制,模型考虑了钢的热物性参数随温度变化的关系.并根据连铸冶金准则和目标温度控制进行二冷优化,获得合理的温度分布和二冷水量分布,实现最佳铸坯品质,同时针对不同钢种的凝固特点,对保护渣性能进行设计.计算值同现场实测数据进行对比,有较好的一致性.最后研究了浇注温度、拉坯速度、二冷配水等工艺参数对铸坯表面温度、液芯长度和凝固坯壳厚度的影响,以及浇注工艺对连铸保护渣指标的影响.     

圆坯连铸凝固传热数学模型及应用

建立了Φ400mm大断面圆坯连铸凝固传热的数学模型。应用该模型计算了过热度、拉速以及冷却强度等因素对铸坯温度、坯壳厚度、凝固终点的影响,为现场生产确定了合理的二冷工艺参数。生产实践证明,当生产Φ400mm铸坯的拉速达到0．4～0．6．dmin时,自动控制的二次冷却制度满足工业连铸要求,可得到优质铸坯。     

方坯连铸机结晶器凝固传热的模型研究

开发了方坯连铸机结晶器内非稳态凝固传热的计算软件，能够预测结晶器内的温度分布和坯壳厚度。模型考虑了凝固时横、纵向以及角部气隙的存在所造成的传热不均匀。同时，采用等效比热法处理了凝固前沿产生的结晶潜热。并以生产厂方坯为研究对象，得出了结晶器温度分布规律、凝固坯壳生成规律，分析了拉速对铸坯温度和坯壳厚度的影响。结果表明，经模型计算得出的铸坯温度和结晶器出口处坯壳厚度值与现场测定的温度和拉漏数据基本相符。     

基于热传输理论的方坯连铸二冷水在线控制方法

开发的热传输模型充分考虑了由于气隙的存在而使得结晶器表面散热不均匀,处理了凝固前沿相变所产生的结晶潜热,并采用变热物性参数.数据表明,经模型计算得出的铸坯温度与现场测定的温度基本相符.以此热传输模型为基础,研究了方坯连铸机二冷水在线控制方法-目标表面温度控制法.它可以实现铸坯表面温度及坯壳厚度的实时监控.以首钢三炼钢厂连铸方坯为研究对象,分析了拉速和过热度等参数对铸坯表面温度和凝固状态的影响,讨论了当某个冷却段供水量产生波动的情况下,采用不同二冷水控制方法时,对后续冷却段温度变化的影响.仿真试验表明,该方法可针对不同的生产条件,考虑到各回路之间的关联,更有利于稳定铸坯温度,从而改善铸坯质量.     

圆坯连铸结晶器传热的反算法

基于圆坯连铸结晶器实测温度数据,建立了结晶器传热反问题数学模型,通过确定结晶器和铸坯之间局部热阻大小及其分布,计算出结晶器热流场和坯壳厚度,且分析了结晶器热流分布特征和铸坯凝固状态,并比较两者之间的关系．计算结果准确地反映了实际生产过程中沿结晶器周向非均匀传热特征,为将数值模拟技术应用于连铸凝固过程监控和“可视化结晶器”技术提供了可借鉴的实用方法.     

A numerical analysis of fluid flow, heat transfer and solidification in the bending-type square billet continuous casting process

A numerical modeling system was developed which can simulate the transport phenomena of a bending type square billet continuous casting process. Fluid flow and heat transfer were analyzed with a 3-dimensional finite volume method (FVM) with the aid of an effective heat capacity algorithm for the solidification. For a complex geometry of the bending type billet caster, a body-fitted-coordinate (BFC) system was employed. The bent structure of the caster allows a recirculating flow to develop in the upper and outer-radius region and the main stream to shift toward inner radius. This causes the thinner solid shell in the inner radius region than in the outer one. Besides standard operation conditions, we have analyzed the results when casting speed, caster shape, and tundish superheat changes. Lower casting speed makes the solid shell thicker by reducing heat flux from the mold. In the vertical caster, solid shell thickness are more uniform than that in the bending-type in entire region. When superheat increases by 5°C, solid shell thickness at the mold exit becomes thinner by 1 mm.     

关于连铸凝固传热数值模拟中钢液有效导热系数的探讨

在建立板坯连铸一维非稳态凝固传热数学模型的基础上,考虑到液相区的流动和传热状态随拉坯方向的变化,研究了有效导热系数与固相导热系数的比值m（λeff/λs）的处理方法对计算结果的影响。结果表明,在相同的二冷条件下,m取不同的常数对模型计算结果影响很大。在相同的二冷条件下,将m取为常数和取为随拉坯方向变化的变量都可以得到相同的液相穴深度,但二者的凝固壳厚度随拉坯方向的变化有一定的差别,并且出结晶器坯壳厚度差别较大。改变二冷条件,上述二者液相穴深度不再相等。因此,将m取为常数的处理方法是不合理的。     

厚板坯连铸二次冷却过程数值模拟及实验研究

基于凝固一传热学基本理论,建立板坯连铸三维凝固传热数学模型.该模型考虑了组元成分、固相分数、温度等因素对热物性参数的影响,根据糊状区溶质传输和反扩散理论,采用钢中多组元成分的百分含量计算液、固相线温度.以鞍钢第一炼钢厂厚板坯连铸机为对象,根据二冷区铸坯表面实际水流密度分布和辊子接触传热建立边界条件,计算整个铸坯任意点、线、面的温度及固相分数分布.多钢种多拉速条件下铸坯表面温度实测值和射钉实验结果与计算值吻合良好.     

薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热数值模拟

为研究薄板坯连铸高拉速下结晶器内坯壳生长过程,利用ANSYS有限元模拟软件,建立了CSP薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热数学模型,并通过实际测量得到的凝固坯壳厚度验证了模型的合理性。对结构用钢Q235B钢种,1 500 mm×60 mm规格在结晶器内凝固过程进行了模拟,研究了不同拉速、不同结晶器冷却水量对凝固的影响。研究结果表明,随着拉速降低,坯壳厚度增加;随着结晶器水量增大,坯壳厚度增加,模拟结果与实测结果相符合,为实际生产优化工艺参数提供了理论参考。     

大方坯连铸内部缺陷与轻压下工艺研究

针对连铸大方坯内部存在中心疏松与裂纹缺陷的问题,通过凝固传热模型研究其凝固传热过程,从而获得铸坯温度与凝固坯壳厚度分布,以及两相区区间.在此基础上开发了大方坯轻压下工艺,确定了最佳的轻压下区间和压下量.采用优化的轻压下技术,铸坯内部质量得到了明显的提升,基本上消除了中心疏松和裂纹的问题.     

Airslip结晶器内凝固壳形成特性分析

根据Airslip结晶器的传热特性,建立了凝固壳厚度和临界凝固壳厚度的数学模型.理论分析和实验结果表明,凝固壳厚度与铸造速度的乘积为常数,铸造速度增大,凝固壳厚度减小,铸锭表面质量提高;铸造速度的波动引起凝固壳厚度的波动,降低了铸锭的表面质量;铸锭直径和铸造速度的乘积也为常数,铸锭直径增大,铸造速度相应减小.     

超高速连铸结晶器内坯壳的传热行为

超高速连铸漏斗结晶器内坯壳的生长速率对铸坯表面质量有着显著的影响。基于节点温度继承算法(NTI),运用ANSYS有限元软件建立了结晶器内钢水凝固的三维瞬态导热模型,解析了浇注温度和拉速对薄板坯传热行为的影响。研究表明,随着拉速从4.0提高到6.0 m/min,结晶器出口坯壳最大厚度由26减小到12.8 mm,结晶器出口坯壳表面最高温度从1 209增加到1 305 ℃。而浇注温度从1 550 ℃提高到1 560 ℃对坯壳的表面温度和厚度影响不大。     

连铸坯凝固传热数学模型的研究

建立连铸坯凝固传热数学模型，利用现场实测数据对所建模型进行了验证，并对影响铸坯温度和坯壳厚度的拉坯速度、浇注温度、二冷区水量等因素进行了分析。结果表明：模型的计算精度满足实际生产的需要，影响因素中，拉坯速度和二冷区水量对铸坯温度和坯壳厚度的影响最大。因此调节拉速，改善二冷区制度是铸坯生产工艺中的重要操作。