板坯连铸结晶器的热弹塑性力学分析

建立了板坯连铸结晶器三维有限元热-弹塑性力学模型,模拟了生产过程中铜板结晶器的变形和热应力分布,考察了铜板厚度、水槽深度、镍层对板坯连铸结晶器铜板变形和热应力的影响规律．结果表明,宽面和窄面中心的最大变形量分别为0．245和1.01mm,减少铜板厚度、增大水槽深度有利于降低铜板热面最大变形量与热应力值,而镍层厚度对铜板变形和热应力分布的影响不显著．     

薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热分析

建立了薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热数学模型,特别是对结晶器铜板冷面的水槽和背板部分采用了交替配置不同的边界条件处理,利用Visual Fortran语言自编程序计算结晶器铜板温度场.通过对一典型薄板坯连铸结晶器铜板模拟分析,发现铜板热面温度呈现云层分布,冷面温度呈冰柱状分布.分析了各种工艺参数(拉速、铜板厚度、冷却水流速等)对结晶器铜板温度场的影响,典型位置上的计算结果与现场测量数据符合较好,为优化生产工艺参数和结晶器设计提供理论依据和实际参考数据.     

冷却结构对连铸结晶器铜板应力分布的影响

建立板坯连铸结晶器三维有限元热弹塑性结构模型,计算铜板等效应力及冷却结构对其影响。研究表明,冷却结构和传热条件决定铜板热面特定力学行为规律,宽面和窄面热面中心线应力分布规律相似,冷却结构尺寸并不改变铜板横截面应力分布的趋势。铜板厚度每增加5 mm,结晶器上部应力仅增大5~7 MPa,而镍层区域变化明显,宽面和窄面最大增幅分别约为60 MPa和50 MPa;镍层每加厚1 mm,宽面和窄面镍层中上部应力提升约20 MPa,而窄面镍层下部应力下降较急剧;当水流量和水温差恒定时,水槽深度增加,热面中心线应力减小,每加深2 mm,结晶器上部下降不足5 MPa,而下部变化较大,最大量达20 MPa。     

板坯连铸结晶器铜板传热行为

采用ANSYS有限元软件,以板坯连铸结晶器铜板传热行为为研究对象,建立板坯连铸结晶器铜板三维有限元模型,进行数值模拟计算,解析铜板温度场的分布,分析了不同工艺参数、镀层和铜板厚度等对铜板温度分布的影响,为结晶器结构的设计、实施漏钢预报和优化实际生产操作提供参考。结果表明:弯月面处的铜板温度比较高,弯月面以上的温度较低;在弯月面附近和镀层连接处温度较高,其他位置温度随着结晶器高度降低而降低;增大拉速、镀层厚度和铜板厚度都会使结晶器热面温度升高。     

ANALYSIS OF THREE DIMENSIONAL HEAT TRANSFER OF COOLING COPPER PLATE IN THIN-SLAB CONTINUOUS CASTING MOLD

本文建立了薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热数学模型，特别是对结晶器铜板冷面的水槽和背板部分采用了交替配置不同的边界条件处理，利用Visual Fortran语言自编程序计算结晶器铜板温度场。发现结晶器铜板热面温度呈现云层分布，冷面呈现冰凌状分布。分析了各种工艺参数（拉速、铜板厚度、冷却水流速等）对结晶器铜板温度场的影响。典型位置上的计算结果与现场测量数据符合较好，为优化生产工艺参数和结晶器设计提供重要的理论依据和实际参考数据。     

板坯连铸结晶器热流量分布的研究

利用结晶器拉漏预报的热电偶所测的结晶器铜板的温度，采用数值模拟方法对连铸结晶器壁的热流量进行了计算．详细给出不同工艺情况下，结晶器壁铜板温度及瞬时热流量的分布，并在此基础上对渣圈厚度进行了计算，详细分析了连铸工艺参数对结晶器铜板温度、瞬时热流量及渣圈厚度的影响．     

水槽深度对板坯结晶器热/力行为的影响

基于某钢厂的板坯连铸机具体参数,建立了三维热弹塑性有限元模型,得到了不同水槽深度下铜板的温度、变形量和等效应力应变的分布状态。结果表明：水槽深度增加,热面温度随之减小,热面等效应力随之增大,热应变和塑性应变随之减小,热面变形随之降低。结晶器的水槽深度对结晶器热变形影响较大,当水槽深度增加4 mm,热面最大变形量减小约0.05 mm。     

二维结晶器铜板传热及力学行为研究

结晶器是连铸的核心部件,其传热状态及力学行为直接影响到铸坯的质量以及结晶器的寿命。基于有限元方法,建立了全尺寸结晶器模型,模型考虑了宽面铜板、窄面铜板、弧形水槽、镍镀层等结构,基于热电偶获得的实测数据,利用反问题算法求解热流,将数值模拟与实际数据相结合。通过此模型,全面分析了结晶器的温度、应力及变形情况,为连铸过程优化及结晶器设计提供理论依据及指导。     

异型坯连铸结晶器铜板温度场及改进方案研究

异型坯连铸结晶器铜板的温度场是控制钢坯质量的重要因素之一。针对某近终形异型坯连铸结晶器,考虑钢水和结晶器铜板之间的接触传热以及铜板镀层和保护渣的热阻,给出了钢水和结晶器铜板之间的综合换热系数,进而采用ABAQUS有限元软件对结晶器铜板的温度场进行数值模拟。给出了不同铜板厚度、不同冷却水流速以及改进水槽和水孔设计等方案下铜板的温度场,为铜板的优化设计提供依据。     

不同冷却结构倒角结晶器与直角结晶器铜板温度场的研究

角部温度对铸坯质量有较大的影响,建立了直角结晶器、2孔1槽倒角结晶器、3孔倒角结晶器和3孔1槽倒角结晶器铜板温度场的三维稳态数学模型,在相同的边界条件下,模拟分析了这4种结晶器的冷却行为及传热特性。对于不同类型铜板的温度分布数值模拟结果表明,相比于直角结晶器,倒角结晶器铜板角部温度有明显的提高,并且窄面的横向温度分布也与直角不同,呈现"W"形分布。2孔1槽型倒角结晶器窄面铜板比其他类型窄面铜板传热性能好,温度分布均匀,为倒角结晶器窄面铜板的设计提供了理论基础。     

Analysis of the non-uniform thermal behavior in slab continuous casting mold based on the inverse finite-element model

A full finite-element model of a mold, including four copper plates, nickel layer and water slots of different depths, was developed to reveal the complex thermal behavior of molds in slab continuous casting. An inverse algorithm was applied to calculate the heat flux and combined with the temperatures measured using thermocouples that were buried in different positions of the mold. The temperature distributions of the four copper plates are not symmetric, reflecting the non-uniform nature of heat transfer and the necessity of building a full model. The maximum hot surface temperature of the mold occurs in the region 70–100 mm below the meniscus. At heights 100 mm below the meniscus, the average temperature of the deep water slot root is higher than that of the shallow water slot by approximately 10 °C. In the off-corner regions, the hot surface temperature differences between the narrow face and wide face near the corners are approximately 20–30 °C 100 mm below the meniscus. It will provide a helpful tool for further improving the casting parameters and operations.     

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 水垢对铜板的导热能力有较大影响,本文利用扫描电镜和X衍射仪对结晶器水冷侧沉积物进行了分析研究,发现沉积物中的元素主要为氧、铜、铁、镍等。结晶器水冷侧表面的沉积物覆盖不均匀,厚度差别较大,沉积物与铜基体的结合非常紧密。为避免结晶器铜板表面出现沉积物,在生产中应严格按照软化水的水质要求,并添加性能满足要求的阻垢缓蚀剂。     

结晶器铜板冷却结构的优化设计

应用数值模拟的方法,采用有限元仿真软件对某钢厂现行使用的结晶器铜板的温度场进行模拟。并在此基础上,针对结晶器铜板的结构参数,制定了2种优化路径：增加水缝数目和增加水缝深度。分析结果显示,结晶器铜板两螺栓间的水缝数目增加虽然加强了铜板的冷却能力,但不利于铜板热面温度的均匀分布;而经过水缝深度的调整获得了优化的结果。该优化方法不仅可以指导设计,还可以用来优化结晶器的生产工艺参数。     

Characteristics and influence factors of mold filling process in permanent mold with a slot gating system

The main problems caused by improper gating are entrained aluminum oxide films and entrapped gas. In this study, the slot gating system is employed to improve mold filling behavior and therefore, to improve the quality of aluminum castings produced in permanent molds. An equipment as well as operation procedures for real-time X-ray radiography of molten aluminum flowing into permanent molds have been developed. Graphite molds transparent to X-rays are utilized which make it possible to observe the flow pattern through a number of vertically oriented gating systems. The investigation discovers that there are many influencing factors on the mold filling process. This paper focuses its research on some of the factors, such as the dimensions of the vertical riser and slot thickness, as well as roughness of the coating layer. The results indicate that molten metal can smoothly fill into casting cavity with a proper slot gating system. A bigger vertical riser, proper slot thickness and rougher coating can provide not only a better mold filling pattern, but also hot melt into the top of the cavity. A proper temperature gradient is obtainable, higher at the bottom and lower at the top of the casting cavity, which is in favor of feeding during casting solidification.