圆坯连铸结晶器锥度的优化设计

建立了φ180mm圆坯二维热应力模型。根据φ180mm圆坯的数学传热模型,结合实测的边界条件计算出不同拉速下铸坯的收缩规律;建立了结晶器二维热应力模型,计算不同拉速下结晶器的温度场和变形量,从而设计出不同拉速下φ180mm圆坯的连铸结晶器锥度。结果表明,结晶器的最优锥度为多锥度的抛物线曲线,结晶器的锥度随着拉速的升高而减小。     

圆坯连铸结晶器锥度优化设计

本文建立圆坯Ф180二维热应力模型。根据圆坯Ф180的数学传热模型,结合实测的边界条件计算出不同拉速下铸坯的收缩规律;建立结晶器二维热应力模型计算不同拉速下结晶器的温度场和变形量,从而设计出不同拉速下圆坯Ф180的连铸结晶器锥度。结果表明,结晶器的最优锥度为多锥度的抛物线曲线,结晶器的锥度随着拉速的的升高而减小。     

拉速对板坯倒角结晶器钢液流动的影响

为研究凝固坯壳影响时拉速变化对板坯倒角结晶器内流场和温度场的影响,通过数值模拟和物理模拟研究相结合的方法,建立了板坯倒角结晶器流动、传热及凝固三维数学模型和相似比为1∶1的断面尺寸为1 490 mm×230 mm的板坯倒角结晶器物理模型。数值模拟和物理模拟流场形态及液面相同位置流速结果进行的对比分析表明了数模和水模试验结果趋势的一致性;拉速变化对倒角结晶器内流场及温度场的数值影响明显,但对整体形态影响不大;拉速增大到1.7 m/min时液面流速过快、波动剧烈,极易出现卷渣;拉速增大会强化钢液流股对窄面凝固坯壳的冲击,导致坯壳重熔减薄;在本试验研究范围内以1.5 m/min拉速进行生产能够取得较好的综合效果。     

ZF钢连铸坯热应力的计算机模拟分析

为了解决ZF钢连铸过程中经常出现的表面裂纹问题,构建了几何物理模型,确立了借助于ADSTEFAN软件求解热应力和实测钢坯温度场相结合的方法。通过模拟不同过热度、不同拉速和结晶器不同锥度的浇注和凝固过程,分析它们的应力分布趋势。结果发现,随着拉速的提高,坯壳产生的热应力逐步减少。但拉速过快,坯壳厚度变薄,容易造成漏钢事故,有的可能产生重接,经过轧制产生表面裂纹。因此在提高拉速的同时应防止拉速过快产生漏钢、重接事故。随着过热度的提高,坯壳产生的热应力增加。因此在生产过程中应尽可能降低过热度来减少热应力。随着结晶器锥度的增加,坯壳产生的热应力增加,在实际生产时要选择合适的锥度,防止热应力的增加,因此在相同的条件下,坯壳角部的热应力比其他部位的热应力大得多。在结晶器的设计时应采用圆弧角,这样可有效减少热应力的产生。另外,拉速对热应力的影响要大于过热度的影响。     

应用Fluent对40Cr管坯水平连铸过程中温度场及传热的研究

以水平连铸40Cr圆坯结晶器内温度场分布为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内40Cr钢液温度场分布及凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析.分析结果表明:水平连铸拉坯工艺参数:拉速V=2.35 m/min,浇注温度T=1540℃,中间包过热度△T=36℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高.采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效地分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,制定合理的拉坯工艺参数,减少管坯缺陷的发生,提高铸坯质量.     

应用Fluent对水平连铸40Cr管坯温度场分布及传热的研究

本文以水平连铸40Cr圆坯结晶器内温度场分布为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内40Cr钢液温度场分布及凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析。研究发现：水平连铸拉坯工艺参数：拉速V＝2.35(m/min),浇注温度T＝1540℃,中间包过热度ΔT＝36℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高。研究表明,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,并进一步制定合理的拉坯工艺参数,降低管坯质量缺陷的发生,提高铸坯质量。     

特殊钢特厚板结晶器内温度场及流场的数值模拟

采用数值模拟对特殊钢特厚板连铸结晶器工艺参数进行优化。首先对400mm×2 400mm的板坯结晶器内不同过热度及水口不同插入深度进行了模拟。其次,在优化的基础上,研究了铸造速度对流场温度场的影响,并研究了在拉速为0.5m/min的条件下得到的热应力结果。结果表明,结晶器内宜选用水口插入深度约为120mm,过热度为20K,拉速为0.5m/min,既能保证生产率也能保证产品品质。     

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     

结晶器铜管锥度曲线设计与研究

首先简要论述了结晶器内钢液凝固收缩的机理,然后介绍了近年来国内外有关方坯高拉速连铸结晶器的发展情况,概述了锥度曲线设计的类型和发展。综合考虑结晶器内坯壳凝固收缩特性以及前人在锥度设计方面的经验,本文根据某钢厂对结晶器铜管的设计要求,通过对铜管变形以及铸坯温度场的数值模拟,根据坯壳收缩以及铜管的变形规律来设计锥度曲线。所设计的锥度能够很好地适应坯壳的凝固收缩特性,为进一步提高拉速提供了基础。     

中薄板坯连铸结晶器浸入式水口的优化设计

应用数值模拟软件对唐钢中薄板坯连铸结晶器及浸入式水口内的钢水流场、温度场进行数值模拟,分析了水口结构、拉速、浸入深度和铸坯断面对流场和温度场的影响,在此基础上确定了水口的最佳结构和浸入深度,并在生产中进行了验证,不但提高了铸坯质量和产量且稳定了连铸生产。     

方圆坯连铸结晶器传热分析及温度场仿真研究

连铸结晶器的工作物理环境极其复杂,其温度场难以确定和分析。本文依据经典传热理论,探讨分析了结晶器的传热现象,建立了描述结晶器温度场的数学和物理模型,并根据实际工况确定了相关参数,对方坯结晶器和圆坯结晶器两种不同简化模型进行了温度场有限元仿真分析,其结果可为结晶器的结构设计和监控提供理论依据和参考数据。     

小方坯连铸机高速结晶器的研究与设计

本文建立了铸坯凝固传热数学模型,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、连铸机设计提供依据.并设计了高速结晶器,平均拉速达3.5m/min.     

小方坯高速连铸结晶器温度场和应力场的有限元模拟

在高效连铸过程中,结晶器的传热效率起着至关重要的作用.根据小方坯结晶器的传热特点,应用三维非稳态有限元传热数学模型对小方坯结晶器在浇注过程中的温度进行了模拟,获得结晶器温度场分布及变化情况;同时利用六面体八节点单元,建立结晶器的三维应力模型,利用小方坯结晶器温度场的计算结果,模拟了不同结晶器铜板厚度的应力,结晶器壁越薄,变形越严重,应力越大.结果表明,合适的结晶器厚度为10mm.     

软接触结晶器电磁连铸中初始凝固的基础研究

通过实验和数值模拟研究了软接触结晶器电磁连铸传热凝固特点,测定了金属Ｓｎ在连铸中的温度场,初始凝固点和坯壳厚度,得到了电磁场影响它们的基本规律。在数学模型中考虑了高频电磁场对金属的传热凝固的以下影响;（１）对结晶器的感应加热;（２）对金属的加热;（３）电磁力推斥液力金属,减少金属与结晶器壁接触的影响。     

连铸结晶器温度场和应力场的有限元分析

在高效连铸过程中,结晶器的传热效率起着至关重要的作用。根据小方坯结晶器的传热特点,利用六面体八节点单元,建立了三维非稳态有限元传热数学模型,并用FORTRAN开发了相应的程序,对小方坯结晶器在浇注过程中的温度进行了模拟,获得结晶器温度场分布及变化情况;同时建立结晶器相应的三维应力模型,利用小方坯结晶器温度场的计算结果,模拟了不同结晶器铜板厚度的应力和铜板的变形。结果表明,结晶器壁越薄,变形越严重,应力越大;多锥度结晶器更适合结晶器的变形特点。     

连铸坯凝固过程的数值模拟研究

研究了拉速和过热度相关工艺参数对铸坯温度场的影响规律,利用Fluent软件模拟石油套管用钢37Mn5铸坯的连铸凝固过程,分析了连铸坯凝固传热过程的温度场。讨论了不同过热度和拉坯速度条件下铸坯温度场的分布情况。总结了连铸圆坯凝固过程的传热特点,优化了工艺参数。结果表明,优化后的工艺参数可以指导生产实践。     

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。     

小方坯连铸机高速结晶器的研究与设计

建立了铸坯凝固传热数学模型 ,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、连铸机设计提供依据。并设计了高速结晶器 ,平均拉速达 3 .5 m / min     

Heat transfer and solidification analysis in the mould region of a horizontal copper alloy billet continuous caster

Abstract

Mathematical modelling has been widely used as a powerful tool for process design and optimisation of the continuous casting process. A three-dimensional heat transfer model was developed to simulate heat transfer and solidification in a horizontal billet continuous casting system. In this model, the air gap formation and its effect on heat extraction from the billet was also modelled and considered. The developed model was run to simulate the heat transfer and solidification for an industrial billet casting machine. The predicted temperature distribution within the mould and billet was compared with those measured on an industrial caster and good agreement was obtained. Parametric studies were carried out to evaluate the effects of different parameters on the temperature distribution and solidification profile within the cast brass billet. Finally, the secondary dendrite arm spacing (SDAS) was determined experimentally and a semi-empirical correlation between measured SDAS and corresponding calculated cooling rate was proposed for continuously cast brass billet.     

H型钢坯水冷金属型铸造充型凝固过程数值模拟

提出了处理水冷铸型边界条件的等效换热系数法，该法综合考虑了铸件与铸型问的辐射换热、间隙热阻及水冷铸型边界条件。获得了H型钢的充型流动过程及凝固过程的温叟场，并采用Xue判据预测了H型钢的缩松缺陷位置。为进一步改进H型钢水冷金属型铸造工艺提供了理论依据。