铝合金板坯连铸过程的DPIV物理模拟

利用先进的数字粒子图像测速技术（DPIV）对铝合金板坯连铸过程中结晶器内的流场进行研究。分析了操作参数以及浮漂漏斗结构对流场的影响。考虑到液固界面的影响,实验采用与枝晶生长结构相似的天然海绵模拟液固界面。结果表明：随着拉坯速度的增大,表面越不稳定;可通过适当增加出水口向下的倾角来提高拉速;跑道形出水口要优于矩形出水口。     

电磁制动下板坯结晶器内金属流动的物理模拟

以水银为实验工质,通过物理模拟考察板坯连铸电磁制动时,电磁场对结晶器内液态金属流动的影响规律。采用超声波多普勒测速仪测量了结晶器上部磁场B1=0、0.18、0.36 T和0.5 T,结晶器下部磁场B2=0.5 T情况下,板坯结晶器(模型)内水银的流速分布,考察了磁场强度对结晶器内及液面处金属流动,及其对结晶器窄壁的冲刷作用等的影响。实验结果表明,板坯连铸时,对于抑制液面波动的结晶器上部磁场应选择较低的磁场强度,而用于实现钢水稳定和形成活塞流的结晶器下部磁场,则应选择高的磁场强度。在本文实验条件下,磁场匹配关系B1=0.18 T、B2=0.5 T时,结晶器内的金属流场较为理想,表现为届时既可控制液面波动,又能使结晶器下部的金属流动基本实现活塞流。     

板坯连铸结晶器内钢液流动数值模拟

利用商业软件PHOENICS建立一个三维有限差分模型,对板坯连铸结晶器内钢液流动进行了数值模拟.重点研究了浸入式水口结构尺寸和工艺参数对连铸结晶器内液面紊动能和窄面冲击压力分布的影响.计算结果与水模实验结果吻合较好.     

连铸结晶器数值模拟的研究现状与发展趋势

随着连铸产业的发展,连铸结晶器的设计与开发变得尤为重要,连铸结晶器数值模拟技术也越来越受到人们的重视.本文介绍了连铸结晶器数值模拟技术的发展历史以及现阶段的研究状况,并总结了现阶段结晶器数值模拟中的关键问题以及相应的处理方法,对结晶器数值模拟技术的发展趋势做了初步探讨.     

吹入气体对连铸结晶器流体流动的影响

用数学物理模型的方法研究从水口上部吹氩管吹入不同量气体的结晶器流场的变化。对１∶１水模型的流场进行了照相，照片显示的流场与计算所得流场基本吻合。     

薄板坯连铸结晶器内钢液凝固行为的研究

针对薄板坯连铸漏斗型结晶器内凝固过程,采用热弹塑性有限元法,考虑铸坯与铜板的接触状态,建立了热力耦合模型。模拟分析了铸坯经过结晶器过程中坯壳内的温度场和应力场,得到了凝固坯壳形成过程的传热和变形规律。模拟结果表明：铸坯角部温度高于宽面和窄面中心温度并出现两个平台期;两个弧线段交界区域出现应力峰值,是铸坯裂纹敏感区。该结果为漏斗型结晶器形状的设计、结晶器锥度的优化以及提高连铸坯质量提供理论依据和技术基础。     

电磁制动下连铸结晶器内气泡行为物理模拟

在板坯连铸过程中由于水口吹氩,结晶器内的流场本质上是一个气-液两相流,如何通过磁场等手段优化结晶器内的流场结构改善铸坯质量,是个非常重要的问题。利用水银和氮气作为模拟介质,采用电阻探针研究气泡在结晶器内有、无磁场条件下的统计规律。实验表明,施加磁场后,水口附近的气泡占空比和气泡数量明显增加,减少了结晶器窄面附近的气泡分布。同样气体流量下,施加磁场后气泡占空比总和与无磁场条件下相比明显要大。     

水平连铸结晶器设计思路

结晶器的冷却速度是提高水平连铸机产量和质量的关键，而决定冷却强度的因素有两个，即结晶器的固有参数及生产过程中的控制参数。因而作者提出结晶器设计思路为：直接改进，综合设计，动态平衡。     

板坯连铸结晶器内钢液的三维流场数值模拟

采用数值模拟的方法,建立了描述某厂结晶器内钢液流动的数学模型;用有限体积法求解,研究了结晶器内的钢液流动行为,详细分析了结晶器浸入式水口(SEN)插入深度、侧孔倾角和拉速对结晶器内钢液流场的影响.得出了适合该厂连铸工艺条件的浸入式水口形式和拉坯速度,即水口合理的出口倾角应为向下15°左右;在水口结构一定条件下,水口插入深度140～170mm比较适宜;合理的拉速应控制在1.4～2.0m/min.     

316不锈钢板坯连铸结晶器内坯壳厚度模拟

为研究连铸过程中高温区δ铁素体含量对凝固传热的影响,采用商业有限元软件ANSYS,利用单元生死技术,对316不锈钢板坯的浇注过程进行了模拟.采用2-D模型,分别计算了δ铁素体含量为0、25%、50%、75%及100%时坯壳出口温度、坯壳厚度及表面温度的变化,探讨了坯壳生长及厚度变化规律.结果表明,随着δ铁素体含量升高,坯壳出口温度升高,表面温度变化剧烈,坯壳的出口厚度减薄.     

钢连铸圆坯结晶器锥度数值模拟优化

基于有限元软件ANSYS,建立了二维连铸圆形结晶器内钢水凝固传热及弹塑性应力有限元瞬态分析模型.从物理现象的本质特征出发,钢坯传热边界采用与气隙相关的热流密度修正函数,建立与温度相关的热物性参数、力学性能和屈服函数.在二次开发的基础上,利用多场间接耦合的方式,对4种圆坯的凝固收缩变形过程进行数值模拟研究.模拟结果显示,钢种、碳含量和拉坯速度对铸坯边界凝固收缩影响显著.在结晶器高度方向上,结晶器锥度为明显的分段抛物线连续曲线,在结晶器出口处,4种圆坯边界凝固收缩量分别达到2.20 mm、3.41 mm、3.79 mm和4.29 mm,以铸坯边界的凝固收缩曲线和结晶器基本设计原则为依据,完成抛物线型连续锥度结晶器型腔的统一设计.     

连铸薄板坯结晶器内夹杂物运动的模拟研究

采用水模拟和数值模拟相结合的方法分析了连铸薄板坯结晶器内夹杂物的运动状况。通过Proanalyst软件分析高速显微摄像仪拍摄的夹杂物运动图,获得了夹杂物在结晶器内的运动路径;同时,采用拉格朗日法计算获得了结晶器内夹杂物的运动路径,将二者相互对比,分析了拉速和浸入式水口深度对夹杂物运动轨迹的影响。结果表明:夹杂物在结晶器的运动轨迹复杂;拉速越小,浸入水口的深度越浅,夹杂物越容易在上回流区盘旋;拉速越大,浸入水口的深度越深,夹杂物容易在下回流区盘旋;增大夹杂物在结晶器内的停留时间有利于防止夹杂物进入铸坯内形成缺陷。     

高效板坯连铸结晶器技术

为了实现唐钢1700板坯连铸机尽快减少漏钢生产事故,达产达效,主要从优化结晶器铜板及镀层材质,优化结晶器内钢水的流场和温度场,优化结晶器振动系统等方面开展工作,最终在质量改善的前提下,实现了拉速由1.6m/min提高到1.9m/min,机时产量提高达18%。     

高锰钢板坯连铸工艺优化模拟研究

针对高锰钢连铸问题,利用有限元计算软件Procast对浇注温度和二冷方案进行了优化。结果表明,连铸坯应力集中区域为角部附近的偏角区,1 450℃的浇注温度和较小冷却强度的二冷方案有利于降低铸坯表面应力,避免裂纹产生。     

薄板坯连铸结晶器流场数值模拟

使用有限元计算方法开展薄板坯连铸浸入式水口流场的研究,分别对水口不同浸入深度的流场分布、结晶器不同宽度的流场分布、水口出口不同角度的流场分布和不同水口形状的流场分布4个专题进行计算.结果发现:水口的出口角度以R15、60°、45°为宜,计算结论已在水口设计中得到了应用.     

电磁制动对宽板坯高拉速结晶器内流场的影响

以Fluent6.3为计算平台,采用数值模拟方法研究了电磁制动不同参数下宽板坯高拉速结晶器内的流场。结果表明,电磁制动可有效控制结晶器内钢液的流动,改变钢液的流动方向,改善钢液上下环流区的分配率。在静磁场作用下,上部环流区的流动增强,下部环流区流动减弱,自由液面的波动减轻。     

马钢板坯连铸结晶器液位控制系统的失效性分析

对马钢新区板坯连铸机结晶器液位控制系统进行了介绍,并通过生产中遇到的各种结晶器液位控制系统的应用情况,分析了液位控制失效性产生的原因和解决办法。     

应用粒子图像测速技术建立铸造浇注过程水模拟充型液体自由表面速度场

采用粒子图像测速技术对平板类铸件浇注过程水模拟的充型自由表面速度场进行了测试分析。用气泡作为示踪粒子。对底注式、阶梯式和缝隙式浇注系统进行了水模拟研究，建立了底注武浇注系统液体充型过程的自由表面速度场。结果表明，所建立的自由表面速度场能定量地反映充型过程的液体自由表面状态。