连铸坯凝固过程热力耦合有限元模拟

 以铸坯和结晶器之间的间隙热阻为纽带,考虑保护渣凝固对接触热阻和渣膜热阻的影响,建立了连铸结晶器与铸坯热力耦合模型并编写了相应的有限元仿真程序。模型预测的坯壳厚度和实验结果吻合良好,两者差值≤2 mm。应用模型分析了大方坯连铸结晶器内的传热过程和坯壳的应力分布。结果表明,随着拉速提高,凝固坯壳厚度减薄,铸坯产生角部裂纹的趋势增加。     

基于有限元的板坯连铸凝固过程数值模拟

利用有限元分析软件Marc2003建立了板坯连铸凝固过程的二维数学模型.通过计算,可以得到连铸坯在任意段截面的温度场分布、凝固坯壳的厚度和相应的冶金参数.拉坯速度、过热度等工艺参数对温度场分布和凝固坯壳的生成影响很大,可以利用模型对工艺参数进行优化配置.     

碳钢连铸凝固过程的微观模拟

通过一种简单的数学模型研究了连铸坯凝固过程中枝晶生长的重要微观结构参数.结合中碳钢连铸性能计算出凝固过程中枝晶生长的尖端半径、枝晶生长速率、二次枝晶臂间距等枝晶相关参数,并研究了拉速对上述微观结构参数的影响.分析了碳、硅、锰、磷和硫等重要元素的微观偏析程度随凝固进程与坯壳生长的变化规律.与前人经验模型的对比与验证表明本文模型预测结果合理.     

连铸异型坯凝固过程的数值模拟

为了解决连铸异形坯的表面及内部裂纹问题,以实测异形坯连铸工艺参数作边界条件,采用有限元方法,利用ANSYS商业软件对铸坯的凝固发展过程进行了数值模拟,模拟结果与实测铸坯表面温度吻合.计算结果表明,对于SS400异型坯,在当前的工艺条件下,仅有圆角处的表面温度在二冷区中前段,温度处于高温塑性区,铸坯的其他部位表面温度均落在相应钢种的低温脆性区.因此二冷区可以进一步采用弱冷方式,使异型坯在二冷段和矫直辊前的表面温度处于高温塑性区.     

水平连铸凝固过程的数值模拟

为了获得较优的拉坯参数组合,基于轴对称热平衡方程,提出了一个可以用于描述铸坏初生凝壳的生长和形状的数学模型。采用Crank-Nicolson格式(ADI法),方程可以在计算机上快速而准确地求解。对于低碳镇静钢φ90mm圆坯,平均拉速为2m/min时,计算的拉坯周期终了时的凝壳形状与实际相符。     

厚板坯连铸凝固过程数值模拟

将鞍钢股份有限公司一炼钢厚板坯连铸结晶器、二冷水导热的实际情况与铸坯凝固导热过程的理论分析相结合,采用VisualBasic语言对厚板坯连铸凝固过程进行了模拟计算,模拟计算结果与铸坯射钉测厚结果基本一致。数值模拟结果表明,一炼钢新购置的动态配水系统实际运行满足铸坯凝固需要。     

方坯连铸结晶器凝固传热的有限元数值模拟

根据方坯结晶器的传热特点,研究了方坯连铸机结晶器二维非稳态凝固传热的有限元模型,应用ANSYS软件预测在浇注过程中结晶器的温度分布和凝固状态,分析了拉速、浇注温度及结晶器圆角半径对铸坯温度和坯壳厚度的影响.结果表明,经模型计算得出坯壳厚度值与现场测定拉漏数据基本相符.     

连铸板坯凝固传热过程的计算机模拟

建立了板坯连铸的凝固传热数学模型，充分考虑了弧形铸坯的几何特点，采用有限单元法求解控制方程。通过变参数φ来考虑铸坯内钢水和两相糊状区的导热系数，计算了参数φ、结晶热通量、拉速和二冷强度对铸坯表面温度和坯壳厚度的影响。结果表明，模型的准确性得到提高，拉速对固液界面有明显影响，二冷强度对铸坯表面温度影响非常大。     

关于连铸坯凝固传热有限元数值模拟的研究

建立了结晶器内连铸坯凝固传热的有限元数值计算模型，并就模型中两种凝固潜热处理方法，两种三点时间格式以及两种热容矩阵的应用进行了比较，同时研究了时间步长和计算网格大小对数值模拟结果的影响。     

气隙对连铸坯凝固影响的有限元数值模拟

以连铸坯凝固传热有限元数学模型研究了铸坯角部形状和气隙对坯壳凝固行为的影响研究结果表明：采用有限元法离散铸坯圆角能更合理地反映铸坯角部的几何和换热条件，从而可以更准确地研究角部换热条件对铸坯凝固行为的影响。角部气隙显著地降低了坯壳表面的换热，使铸坯偏角区成为热节区。此热节区是铸坯凹陷、皮下裂纹等缺陷和漏钢事故发生的诱因。     

薄带连铸亚快速凝固过程热模拟技术开发

利用自主开发的薄带连铸亚快速凝固工艺过程热模拟试验装备,实现了薄带连铸亚快速凝固工艺过程的模拟,得到钢水—基体界面传热曲线和铸带样品.在模拟的亚快速凝固条件的冷却速度(二次枝晶臂间距)、铸态凝固组织、室温微观组织、界面传热等特征参数上与薄带连铸工业化产线具有物理本质上的相似性.该热模拟技术仅需钢水量5～10 kg,可实现薄带连铸新钢种的开发、可浇铸性研究、工艺参数优化、表面质量及力学性能研究等工作,在大大降低研发试验成本的同时,大大缩短产品研发周期,提升研发效率.相比较其他技术,该热模拟技术经过三代发展已日臻成熟,检测手段齐全、控制精度高、功能丰富,配置不同模块,还可用于板坯、薄板坯、方坯、圆坯等连铸过程的热模拟试验研究.     

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。     

碳钢板坯连铸凝固模拟

采用开发的凝固模拟系统对 0 .0 7%～ 0 .70 %碳钢 15 0 0mm× 15 0mm连铸板坯凝固过程进行了模拟。研究了化学成分、结晶器水量、二冷区水流密度、拉坯速度和浇注温度对液相穴深度 (L)、液 固两相区高度 (h)、结晶器出口处和二冷区出口处的坯壳厚度 (S1和S2 )的影响。结果表明 ,随钢中C %由 0 .0 7%增至0 .70 %时 ,L值由 4 0 0cm增至 5 4 0cm ,在 0 .17%C时h有最小值 (10 0cm) ,S1和S2有最大值 (18mm和 5 2mm)。为保证结晶器出口处的已凝固的坯壳厚度 (S1) ,增大结晶器冷却水流量和降低浇注温度具有明显的效果     

用蒙特卡罗法模拟连铸坯的凝固组织

为了创建一种直接以图形显示晶粒形貌的连铸坯凝固组织计算机模拟方法,结合宏观传热计算和凝固理论,用改进的蒙特卡罗法建立了连铸坯凝固组织的计算机仿真模型。用此模型模拟了硅钢连铸坯的凝固组织并与实际铸坯的宏观组织进行了对比,模拟结果与实际结果基本吻合。在此基础上还模拟了不同过热度下铸坯的凝固组织。     

板坯连铸凝固过程微观组织参数的模拟研究

通过数学模型研究了在不同的凝固条件下中碳钢和300系列奥氏体不锈钢在凝固过程中的微观组织参数的变化关系,对枝晶生长速率、枝晶半径、二次枝晶臂间距、枝晶尖端温度、温度梯度等参数随坯壳生长的变化以及不同参数的改变对上述微观参数的影响进行了研究,并对两种钢种的微观组织参数进行了比较。结果表明由于不锈钢所具有的特殊组分和凝固特性使得其微观参数均比碳钢小,符合枝晶生长规律。     

AH32钢板坯连铸凝固传热过程数值模拟

建立了板坯连铸过程中,垂直拉坯方向传热的二维切片跟踪铸坯凝固数学模型.利用有限元软件ANSYS对板坯连铸凝固过程进行了瞬态热分析,并进行了射钉实验验证.对不同的过热度,不同的拉速(1.0和1.1 m/min)条件下,切片各点随时间变化的温度分布,以及铸坯壳厚度进行计算,并确定凝固末端位置.结果表明:随着过热度、拉速的增加,凝固末端位置距离结晶器液面变远;在合理的范围之内,拉速增加,铸坯表面温度增加,有助于防止铸坯表面裂纹的产生及提高板坯的生产效率.     

连铸板坯矫直过程应力应变的有限元模拟

采用弹塑性有限元分析法,对拉速1.0m/min、厚度230mm的板坯,在3套不同的辊列布置的单点矫直、四点矫直、连续矫直进行应力应变的有限元模拟。结果表明:铸坯等效VonMises应力值和铸坯水平方向应力按单点矫直、四点矫直、连续矫直依次减小;与单点矫直相比,四点矫直减小了每次矫直的变形量和应变速率;连续矫直时,在变形区内等效应变沿长度方向呈线性变化,最大值为1.11%,等效塑性应变速率较低,约为5.5×10^-5s^-1,其应变速率最低,是比较理想的矫直方式。     

大方坯连铸过程凝固规律

通过建立425mm×320mm连铸大方坯二维凝固传热数学模型,模拟了凝固坯壳的长大过程,并通过窄面射钉实验对数学模型进行了验证,精确得到了任意位置处大方坯凝固坯壳的厚度分布情况及最终凝固终点的位置,发现经典的凝固平方根定律对于连铸大方坯的凝壳长大进程不再适用.回归宽面中心坯壳厚度与凝固时间平方根的关系式发现,结晶器弯月面至二冷区出口,近似为线性关系,符合平方根定律,二冷区出口至凝固终点,二者为非线性关系,不再符合平方根定律.     

连铸凝固过程中的流动特征

 为了控制连铸坯内部质量,通过建立有机透明丁二腈-水溶液凝固模型试验和多场耦合凝固传输数学模型的方法研究连铸凝固过程中的流动。在模型试验类连铸冷却条件下,正在凝固的透明合金展现出凝固前沿下降流和中心上升流组成的蝶形对流。流场的速度变化存在着阶段性,凝固早期流动较快,流速按自然指数规律快速衰减;凝固中期流场较为稳定;末期逐渐衰减至固相速度。基于连续介质模型建立的2D传输凝固模型可以计算流动、温度和溶质场多场耦合的结果,数值计算结果同样显示出相应蝶形对流及流速变化规律。研究中还发现流场对溶质分布的综合影响,凝固前沿下降流加重最终凝固区域的溶质浓度,上升流则促进溶质在纵向的再分布,溶质的最终分布由整个凝固过程决定。     

基于连续模型的板坯连铸凝固过程的数值模拟

结合实际测量数据，建立了基于连续模型的板坯连铸过程流场、温度场和凝固的三维耦合数学模型。计算结果表明：该模型可用于描述连铸板坯结晶器和整个二冷喷水区的凝固进程；凝固坯壳的生长限制了流体流动的空间，加快了水口出口钢流的动量衰减；流体流动加快了铸坯内部传热机制由对流向热传导传热的转变进程，控制了两相区的发展。