CSP结晶器内流动与传热过程的计算机模拟

对CSP薄板坯漏斗形结晶器内的流动与传热行为进行了计算机模拟研究。考察了水口结构形状、拉坯速度及水口插入深度对结晶器内流场、温度场和凝固的影响，为与薄板坯连铸结晶器相适应的浸入式水口结构形状选型提供依据和指导。     

180 mm×610 mm板坯连铸结晶器内流场水模型及数值模拟

以北方某钢厂断面为180 mm×610 mm板坯连铸结晶器为原型,针对其生产过程中出现的表面流速波动较大、易卷渣等问题,采用Fluent数值模拟软件,对其浸入式水口底部结构、浸入深度和拉速等工艺参数进行了优化研究,并对数值模拟结果进行了冷态水模拟验证。结果表明,当不改变浸入式水口底部结构,水口浸入深度为100 mm时,拉坯速度应不超过1.45 m/min;当拉坯速度提升至1.55 m/min时,水口浸入深度应保持在120～130 mm时较为合适;若要保持原有工艺条件(拉速为1.55 m/min、浸入深度为100 mm)不变的情况下,应将水口底部结构改为凹槽深度为10 mm的凹面水口,此时结晶器表面流速较为适宜。     

水口结构对连铸中低碳钢流场和温度场的影响

 为研究水口结构形状对连铸中低碳钢结晶器内流场和温度场分布的影响,采用有限容积法建立连铸圆坯三维数学模型,模拟了不同水口形状下圆铸坯的流场和温度场。结果表明,在水口浸入深度为80 mm、其他参数不变时,与直水口相比,旋流水口使钢水冲击深度降低,结晶器内涡流增强,弯月面温度和二冷区凝固率提高,且随着水口数量的增加,弯月面波高和结晶器出口温度降低;采用旋流水口并施加结晶器电磁搅拌(M EMS)时,结晶器中钢液温度升高,弯月面有卷渣行为,结晶器出口未形成凝固坯壳。在实际应用中,应避免同时使用M EMS和旋流水口,或使用旋流水口时采用低强度的M EMS。     

天钢板坯结晶器流场物理模拟及连铸工艺优化

为研究结晶器内钢液流场,通过对工艺参数的优化,进一步提高铸坯质量,以天津钢铁集团有限公司4#-VAI板坯连铸结晶器为原型进行水模试验,通过调节拉速、水口浸入深度,研究了结晶器内流场形态、液面波动、流场冲击深度和保护渣形貌等的变化情况。模拟试验表明,在现有参数和水口尺寸情况下,结晶器流场合理、液面渣层平稳、坯壳厚度均匀,能够满足铸坯质量要求。     

薄板坯连铸结晶器三维流场和温度场的数值模拟

针对ＩＳＰ型薄板坯连铸结晶器，利用数值模拟的方法，计算结晶器的内流体的三维流场和温度场，比较和分析水口结构形状，插入深度及拉坯速度对结晶器内流场和温度场的影响，为薄板坯连铸结晶器以及相适应的伸入式水口结构形状选型提供参考。     

薄板坯连铸结晶器钢液流动数值模拟

以唐钢第一炼钢厂薄板坯连铸机为背景,利用商业模拟软件FLUENT,根据热轧薄板厂目前连铸操作的工艺参数,采用湍流模型建立数学模型,模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液流场分布情况,系统地研究了水口结构、水口上出口倾角在指定拉速、浸入深度下对结晶器内流场的影响,为水口优化提供理论依据。在固定拉速和指定的浸入深度条件下,通过对比分析几种不同水口结构对结晶器内流场及温度场影响规律,最终确定采用五孔水口上出口倾角取15°为最佳水口结构方案。     

H型钢连铸质量缺陷和浸入式水口结构优化的数值模拟

研究的H型钢Q235(/%:0.06c,0.30si,1.60Mn,0.010P,0.003S,0.025Mo,0.40Ni,0.017Ti,0.15Cu)由80 t LD-LF-喂硅钙线-28 t中间包-430 mm×300 mm×85 mm H型连铸一热轧工艺生产。由于H型铸坯易产生纵裂纹缺陷,根据H型连铸坯采用直通型浸入式双水口浇铸的实际工艺参数建立数学模型,采用流体有限元软件CFD进行结晶器流场和温度场分布汁算,得出直通型双水口浇铸时,熔池冲击深度大,不利夹杂上浮;液面得不到足够热量补充,导致坯壳过早凝固,不利于化渣。数值模拟结果表明,改用三侧孔水口进行浇铸,避免了直通型水口的不利因素,流场和温度场分布合理,可降低漏钢事故和裂纹发生的机率。     

异形坯连铸充型凝固过程数值模拟

利用CFD商用软件Flow-3d,对单双水口Q215钢750 mm×450 mm×120 mm异形坯连铸结晶器内钢水充型凝固过程进行数值模拟,得到了速度场、温度场的分布图和充填过程自由表面的位置和形状图。分析了单双水口模型对速度场及凝固的影响。结果表明,双水口模型可以减轻结晶器上部回流的强度,减小冲击深度,提高传热效率,加快结晶器内钢液的凝固速度,有助于提高铸坯的质量和提高拉速。     

板坯连铸结晶器内流场的水模型实验研究

通过在实验室进行水模实验,模拟了现场生产时结晶器内钢水的流场分布情况。重点研究了水口浸入深度、结晶器宽度、拉速和水口偏转角度对结晶器钢液流场和液面波动的影响,分析了浸入式水口参数变化在实际生产时的优缺点。通过选择合适的目标拉速和浸入深度,有利于减少结晶器卷渣和铸坯夹杂,降低卷渣漏钢的危险。     

浸入式水口结构对大方坯结晶器流场和温度场影响的数学模拟

利用Fluent软件针对南钢大方坯结晶器建立了三维有限差分模型,计算了连铸结晶器内的流场和温度场,分析了浸入式水口倾角和水口出口面积对结晶器内流场和温度场的影响。当浸入式水口倾角为10°时,大方坯结晶器流场和温度场分布较为合适;水口出口面高度为（18＋2×18）mm时,浸入式水口出口面积较合适。     

板坯连铸结晶器钢液流场的数值模拟

 运用Fluent软件,对断面150 mm×460 mm的板坯结晶器钢液流场进行了数值模拟,研究了不同水口侧孔面积和长宽比条件下流场的变化情况,并对倾角和插入深度等参数进行了优化。结果表明,长宽比一定时,面积比越大则液面最大速度越小,冲击深度和冲击压力也越小。面积比一定时,大的长宽比有利于减小液面最大速度、冲击压力以及流股对窄面的冲刷。确定了在不改变水口内径、底面形状和出口形状的前提下,适合该结晶器水口的侧孔断面为25 mm×40 mm,倾角为15°,插入深度为200 mm。     

板坯连铸结晶器内钢液流场的三维数学模型

针对板坯连铸结晶器中钢液的紊流流动特征,利用流场计算软件cfx4.3,建立了一个三维有限差分模型,模拟了结晶器内钢液的流场和流动分布,同时应用水利学模型进行了验证.通过数值计算,研究了浸入式水口的出口倾角、浸入深度、拉速等工艺参数对板坯连铸结晶器流场的影响,为优化结晶器内钢液的流场,优化浸入式水口的设计提供了理论基础.     

板坯连铸结晶器内流场和温度场的数理模拟研究

以某钢厂板坯连铸结晶器（断面尺寸：240mm×1400mm）为研究对象,采用数值模拟和水模实验相结合的研究方法,模拟了两种水口浇注条件下结晶器内流场和温度分布状况。实验发现原有水口存在上循环弱,热交换慢,保护渣融化不均匀等缺点是铸坯出现表面纵裂纹的主要原因;而新水口增强了结晶器内上循环速度,改善了结晶器弯月面区域温度分布的均匀性。工业大生产应用结果表明,新水口能明显地降低板坯表面纵裂纹发生率。     

Modeling of biased flow phenomena associated with the effects of static magnetic-field application and argon gas injection in slab continuous casting of steel

Biased flow occurs frequently in the slab continuous casting process and leads to downgraded steel quality. A mathematical model has been developed to analyze the three-dimensional biased flow phenomena associated with the effects of static magnetic-field application and argon gas injection in the slab continuous casting process. By moving the submerged entry nozzle (SEN) from center to off-center, the biased flow and vortexing flow in the mold can be reproduced in the numerical simulation. The existence of a vortexing flow is shown to result from three-dimensional biased flow in the mold. A vortex is located at the low-velocity side adjacent to the SEN. The vortex strength depends on the local horizontal velocity of molten steel and decreases gradually with distance from the free surface. The vortexing-zone size depends on the biased distance of the SEN, and the intensity of the vortexing flow depends on the casting speed of the continuous caster. Only when the location and strength of the magnetic field are properly chosen, can the vortexing flow be suppressed by a static magnetic-field application. The effect of argon gas injection on the vortexing flow is not remarkable. The combination of magnetic-field application and argon gas injection can correct the biased flow and suppress the vortexing flow by suppressing the surface velocity and removing the downward velocity near the SEN in the mold.     

SEN底部形状对结晶器内钢液流场和温度场的影响

针对某钢厂板坯连铸结晶器及浸入式水口(SEN)的结构参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,应用FLUENT软件对结晶器内钢液的流场和温度场进行耦合计算,分析SEN底部形状对结晶器内流场和温度场的影响,并利用水模试验对钢液的流动行为进行了验证。结果表明:凸底水口出口附近钢液的速度较大,流股的冲击深度较大,使结晶器内高温区下移,不利于凝固坯壳的生长;平底水口自由面速度较大、温度较高,有利于保护渣的熔化,但易产生液面裸露现象;凹底自由面速度较小、温度较低,有利于液面稳定。     

板坯连铸结晶器内流体流动的反应工程学

 以太钢第三炼钢厂的板坯连铸为原型,使用CFX软件建立结晶器内流场流动的虚拟模型对其进行数值模拟。通过改变结晶器的几何参数和物理参数,进行板坯连铸结晶器内流体流动的反应工程学研究,得出拉坯速度、水口浸入深度和倾角对结晶器内流股冲击深度、自由液面最大湍动能、窄面最大剪切力的定量影响。     

立式电磁制动对不同水口角度下连铸结晶器内流场的控制

利用Fluent软件模拟计算了常规板坯连铸和立式电磁制动板坯连铸过程,详细研究了不同水口出口角度结晶器内三维流场,为评价立式电磁制动技术的冶金效果提供理论依据.研究表明:常规连铸过程水口出口角度增加时,不利于夹杂物的上浮,影响铸坯质量;不同水口出口角度连铸过程应用立式电磁制动技术后,自由表面钢液流速、钢液主射流的运动速度和下回流区的冲击深度显著减小,利于稳定液面波动、减少卷渣、防止漏钢和促进夹杂物的上浮,符合立式电磁制动技术的设计思想.     

板坯结晶器钢液流动传热和摩擦行为的数值模拟

结晶器摩擦力对连铸顺行非常重要,而钢液流动行为会影响铸坯温度场和保护渣分布,可能对铸坯摩擦力产生一定的影响.利用Fluent软件建立结晶器内钢液流动、传热三维数学模型,并将温度场数据导入Ansys计算铸坯应变,然后根据铸坯-保护渣-结晶器摩擦行为数学模型讨论了渣膜润滑情况,对比了不同水口底部形状下结晶器内液态、固态和总摩擦力.结果表明:不考虑水口射流时结晶器总摩擦力比考虑水口时增大约29.4％;浸入式水口底部形状分别为凸底、平底和凹底3种情况下铸坯窄面中心温度依次降低,凝固壳厚度依次增大,固态摩擦力依次增大,总摩擦力依次增大,液态摩擦力相差较小.