双条横稳电磁制动板坯结晶器内钢液流动与传热及凝固耦合的数值模拟

建立了板坯连铸结晶器内流动、传热和凝固耦合的数学模型,分析了在有无电磁制动下,结晶器内钢液流动、温度分布及凝固坯壳厚度的变化情况. 结果表明,在电磁制动的作用下,从浸入式水口流出的钢液速度得到了抑制,引入电磁场能减小射流冲击深度,有利于稳定和减少钢液面波动和促进凝固坯壳的生长,拉速为1.1 m/min时,结晶器出口处凝固坯壳厚度增加约2 mm.     

板坯连铸凝固过程动态耦合数值模拟

基于实际生产测得的数据,采用连续动态三维耦合模型对板坯连铸凝固过程的流场、温度场和凝固进行模拟. 结果表明,由浸入式水口进入的钢液在结晶器内冲击形成上下两股回流,凝固促进了流动速度的衰减,提高拉速扩大了回流区域;结晶器内铸坯宽面偏角部100~150 mm处存在局部过热,在结晶器出口,拉速由0.02 m/s增加到0.025 m/s,坯壳厚度减小约3 mm.     

薄板坯连铸结晶器内钢液流动与传热及凝固耦合的数值模拟

针对断面为135 mm×1200 mm的薄板坯连铸结晶器,建立了4孔浸入式水口下薄板坯连铸结晶器内钢液流动、传热和凝固耦合的三维数学模型,引入F数评价薄板坯连铸结晶器内液面波动情况,分析结晶器内钢液流动、温度分布及凝固坯壳厚度的变化情况. 结果表明,用F数评价薄板坯连铸结晶器内液面波动可行,拉速由1.44 m/min增加到1.80 m/min时,钢液液面波动的F数由1.05增加到2.55,凝固壳厚度(dshell)与凝固时间(t)满足关系式dshell=18.92t1/2?1.05,模拟结果与文献实验结果基本一致.     

板坯连铸结晶器内流场的数值模拟

针对某钢厂板坯连铸机结晶器的结构和工艺参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,用商用软件FLUENT,运用湍流动能Κ方程和湍流动能散耗率ε方程的Κ-ε方程模型在给定的数值计算条件下,对板坯连铸结晶器内钢液的流场进行了模拟.通过模拟浇注初期钢液的流动状态,分析了结晶器内流场的基本特征.同时模拟计算了浸入式水口的出口倾角、插入深度以及拉速对钢液流动的影响.得出了满足断面要求的合理工艺参数:水口倾角为向下15°,插入深度为200mm,拉坯速度为1.3 m/min.     

基于FLUENT对水平连铸结晶器凝固过程数值模拟

对圆柱形钢坯的水平连铸问题,采用轴对称二维传热模型,基于FLUENT软件,通过简化边界条件的方法,对初期坯壳生长规律作了计算分析,与射钉结果相比较得到很好验证.通过分析过热度和拉速对出结晶器坯壳厚度,液芯长度的影响,发现40Cr拉速提高0.1 m/min,出结晶器坯壳减薄0.91 mm,过热度每增加10℃,出结晶器坯壳减薄1.4 mm等凝固特点,降低过热度有助于提高拉速.由凝固曲线看出,在刚开始的0～2 m内,曲线斜率大,说明冷却强度大,圆坯在凝固后期有个加速凝固阶段.     

大方钢坯连铸二冷区传热与凝固过程数值模拟

采用改进的波动冷却法(FCA-I)对大方坯连铸二冷区传热与凝固过程进行数值模拟,并与单调冷却法、波动冷却法(FCA)的计算结果进行比较. 结果表明,3种方法计算所得铸坯矫直前温度及液芯长度均与实测值相近,但FCA-I法计算结果更准确,可实时预测拉速变化时铸坯表面温度分布与液芯长度变化. FCA-I法既保留FCA法能准确反映铸坯足辊间温度、凝固壳厚度变化的优点,同时也克服了其难以适应变拉速的缺点. FCA-I法模拟所得结晶器内和二冷区凝固壳厚度dshell与凝固时间t的关系分别满足dshell=19.62t1/2-2.52和dshell=29t1/2,模拟值与文献结果基本一致.     

凝固模型在高碳钢方坯连铸中的应用

依据湘钢现场条件,建立了连铸方坯凝固传热数学模型,分析了过热度、拉坯速度、二冷水量对高碳钢方坯凝固过程的影响,确立了二次冷却与高碳钢二次枝晶间距的关系式,提出了改善高碳钢方坯连铸中心缩孔的途径．     

双辊薄带铸轧熔池内流场和温度场数值模拟

以带宽1000 mm,辊径600 mm的双辊薄带铸轧过程为研究对象,基于Fluent软件,建立了薄带铸轧熔池三维有限体积模型,对其中钢液流动状态及传热进行数值模拟,并考察了新型浇铸系统结构、布流器开孔倾角、铸轧速度、过热度及冷却强度对铸轧AISI304不锈钢熔池的流场和温度场的影响.结果表明,采用浸入式水口,多孔布流器,导流坝以及分流体组合的新型浇铸系统,且水口浸入布流器熔池内,布流孔向上倾角15o~18o,铸带速度在60~80m/min,熔池自由液面湍流动能最大值为0.0175 J/kg,熔池表面温差低于20 K,钢液与铸轧辊接触面能稳定形成大于0.6 mm的凝固坯壳.     

基于交替方向隐式差分算法的连铸坯凝固传热模型

针对连铸板坯的凝固传热问题,考虑板坯形状规则的特点,基于交替方向隐式差分算法建立沿连铸板坯宽度和厚度方向的二维凝固传热模型.该模型可以模拟铸坯液相区和两相区的变化、铸坯坯壳厚度变化及铸坯凝固末端的位置等参量,可实现对铸坯温度场分布特征的计算跟踪.以某炼钢厂立弯式板坯连铸机为研究对象进行工业测试,铸坯断面尺寸为1082 mm×200 mm,铸机拉速为1.3 m/mm,钢种为Stb32z条件下的模拟计算和实测结果表明,凝固传热模型的计算效率可以满足生产要求,计算结果符合凝固规律,计算温度与便携式红外测温仪的实测温度误差为1.4%.     

连铸板坯凝固壳形貌测试及模拟

通过射钉法在铸坯横断面1/2,1/4,1/8三个位置测量170mm×1400 mm断面AH 36钢在1.25和1.35 m/min两个拉速下的连铸板坯凝固坯壳厚度,根据凝固定律,利用铸坯凝固坯壳厚度确定液相穴长度以及凝固终点.应用板坯连铸二次冷却仿真软件对其进行凝固过程模拟计算,得到凝固壳生长形貌,横向和纵向凝固壳厚度变化趋势,以及横向内弧表面温度.对比测量结果与模拟结果,验证在同一位置凝固壳厚度基本一致,铸坯最先凝固的位置为1/4处,凝固末端位于1/8处.对连铸板坯凝固壳形貌的研究为二冷制度的设计以及优化提供了有效依据.     

离心渗铸充型过程中伴随有瞬态固化与再熔现象的流场变化规律

针对离心渗铸工艺中熔体浇注温度太高会带来铸件冶金质量下降问题,在充型过程中一般会发生金属熔液的瞬态固化与再熔现象,建立了旋转多孔介质内伴随有瞬态固化与再熔现象的渗流传热理论模型.通过理论分析获得了离心渗铸充型过程中瞬态压力分布计算公式,建立了不同区域界面的移动速率与温度间的耦合关系,分析了流场变化规律.结果表明：渗透前沿界面推移速度主要受离心渗透压力即渗透动力学因素的影响,而再熔界面推移速度主要受热导率和金属相变特性即材料热力学因素的影响,多孔预型体内发生的瞬态固化与再熔是决定充形过程中渗铸复合层能达到的最大厚度的重要因素.     

电渣重熔结晶器旋转对M2高速钢凝固过程的影响

研究了自行设计的结晶器可旋转的电渣炉的旋转速率对M2高速钢凝固过程的影响,采用双极串联?电渣重熔方法,对不同结晶器转速下所制M2高速钢的二次枝晶、冷却速率、渗透率和渣皮厚度进行统计、计算和分析。结果表明,随结晶器转速增大,M2高速钢中心和边部的枝晶被打碎,结晶器转速越快,枝晶破碎越明显。结晶器转速由0增至19 r/min,M2高速钢在中心和边部的平均二次枝晶间距分别减小19.47%和25.23%,平均冷却速率分别增大97.01%和148.06%,平均渗透率分别降低34.94%和44.04%。结晶器旋转能将渣皮厚度降低40.41%,渣壳厚度的方差由0.163降至0.003,渣皮变得均匀,增大了金属熔池向外传热,使金属熔池变浅;另一方面,M2高速钢枝晶破碎、平均二次枝晶间距减小和渗透率降低使M2高速钢在凝固过程中的偏析得到控制,因而结晶器旋转可提高M2高速钢的凝固质量。     

高温熔融高炉渣颗粒相变冷却特性分析

采用温度法模型对高温熔融高炉渣颗粒的相变冷却特性进行了分析,考虑颗粒固液相热导率随温度的变化及颗粒与环境的辐射换热,获得了高温熔渣颗粒内的温度分布以及相界面位置随时间的推移过程。讨论了变热导率、换热条件、颗粒尺寸,冷却流体速度和温度对相变冷却过程的影响,结果表明：热导率的变化使得颗粒冷却凝固时间延长,高温辐射换热极大加快了冷却速率;颗粒直径增加,相界面移动速度降低,凝固时间增加;冷却流体速度增加,温度降低,相界面移动速度增加,凝固时间缩短。     

熔渣颗粒空冷相变换热的三维数值模拟

利用VOF方法结合凝固和熔化模型对熔渣颗粒在空气流中的冷却相变过程进行了三维数值模拟,讨论了熔渣颗粒直径和空气速度对冷却凝固过程演变的影响。结果表明：空冷方法能够实现熔渣颗粒表面的快速凝固成型,但同时也造成了颗粒内部的非均匀凝固。熔渣直径越小,完全凝固时间越短;空气流速越大时, 其表面换热越强, 完全冷却时间越短。颗粒初温为1673.15 K、直径为0.5~2 mm,风速为1~5 m·s^-1条件下熔渣颗粒在2 s内释放出全部凝固热,后续空气最高温度能达到900 K以上。     

熔盐吸热管非稳态对流换热特性

实验研究了高温熔盐吸热管的非稳态对流换热特性。研究发现：加热热通量与熔盐流量变化将引起吸热管内熔盐的非稳态对流换热过程,熔盐出口温度与管壁温度变化趋势一致但变化速度较慢。熔盐进口温度越低时,熔盐黏度越大,非稳态过程进行得越慢;热通量变化量增大时,温度变化速率加大,但非稳态持续时间变化不大;熔盐流量变化的影响最为显著,熔盐流量增大时,非稳态过程显著加快。吸热管有保温层时,熔盐的非稳态对流换热特性与无保温层时基本一致,但管壁温度相对较高。     

太阳能光热发电中熔盐蓄热储能循环系统的设计开发

分析了熔盐蓄热储能技术,讨论了光热发电中使用的熔盐混合物特性,介绍了采用熔盐蓄热储能技术的太阳能光热发电站的结构和型式。开发了熔盐蓄热储能循环系统的工艺流程,并对熔盐的流量与流速、熔盐膜壁温度、熔盐分解物、熔盐结垢堵塞等问题及其相互之间的关系进行了研究,给出了熔盐管路预热与保温、熔盐贮罐内防固化、惰性气体密封装置和安全保护措施等的设计原则。     

A computer modelling of flowfield and solidification in rotating bank of twin-roll strip casting

A computer model has been developed for describing the flowfields of molten steel (SUS 304) in the twin-roll strip casting process with solidification pattern. The governing equations were transformed to a curvilinear coordinate system and an outline of the computational approach was also given. It was found that the flowfields with recirculating flow are located in the vicinity of the middle of the rotating bank of molten steel. The small cavity zone with fixed operation parameters appears with the nozzle depth increased.     

Three-dimensional solidification and flow of polymers in curved square ducts

Steady three-dimensional laminar flow with and without partial solidification of an initially molten polymer in square ducts, both straight and with a 90-degree curve, was numerically studied with a version of the SIMPLE algorithm. The non-Newtonian characteristics of the fluid polymer were represented by a power-law model. The temperature variation of fluid properties was taken into account. Viscous dissipation, being significant for all flow regimes studied, provided thermal energy input which was balanced by heat transfer outward across duct boundaries. For the non-Newtonian fluid with solidification and variable viscosity, it was found that the effective heat transfer coefficient in the curved section of the square duct is larger than in a straight section; in the curved section, this coefficient is larger at the outside of the bend than at the inside. These findings are in agreement with measurements reported in the literature for similar situations. The combined mechanisms of solidification on the wall and viscous dissipation result in the possibility of two different flow rates for a specified pressure gradient. The flow channel that remains unfrozen in a curved square duct meanders within the confines of the duct much as a river meanders in its valley; the wave length of the meander is sensitive to the fluid flow rate and radius of curvature.