连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十四讲 连铸结晶器中的钢液流动

连铸结晶器中钢液的流动方式对去除钢水中的夹杂物、防止卷渣和铸流冲刷凝固层十分重要。介绍了板坯连铸结晶器中的钢液流动和水口出口倾角、水口浸入深度及浇铸速度等参数对流动行为的影响，同时概括了小方坯弧形结晶器中钢液流动特点。     

薄板坯连铸结晶器流场模拟和验证

针对薄板坯连铸结晶器内钢液的流动特征,利用有限差分方法对薄板坯结晶器内钢液的流动进行了模拟,建立了结晶器内三维流动的数学模型,模拟了复杂水口结构对结晶器中钢液流动的影响。通过水力学模拟对流场模拟进行了验证。结果表明：流场模拟能够准确反映具有复杂水口结构特点的结晶器中的流动现象。     

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座：第十三讲 连铸结晶器中钢液？

介绍了研究连铸结晶器中钢液流动的几种方法和液体的流动方程，对于理解和设计连铸工艺具有较大的指导意义。     

FTSC薄板坯连铸结晶器流场数值模拟

利用商业软件GAMBIT和FLUENT，针对FTSC薄板坯连铸结晶器，建立三维有限体积模型，用来描述结晶器内钢液流动特征。在此基础上，分析了浸入深度、拉坯速度以及水口倾角等参数对结晶器流场的影响，为FTSC薄板坯连铸结晶器相适应的浸入式水口结构尺寸优化提供参考。     

方坯连铸结晶器内钢液三维流场的数值模拟

针对方坯连铸结晶器内钢液的流动特征，建立三维有限差分模型，利用商业软件PHOENICS对方坯连铸结晶器内钢液流动进行数值模拟。通过计算，分析了直筒型浸入式水口插入深度对结晶器内钢液流场的影响，认为150mm的插入深度是较合理的设计方案。     

稀土在连铸中脱氧机理的研究

试验表明在２０钢连铸流喂丝中加入稀土元素时，明显改善结晶器中钢液的流场，从而增强了钢液自身的脱氧能力，使连铸坯中的含氧量进一步降低。     

薄板坯连铸结晶器内腔形状的优化

以薄板坯连铸机的结晶器为研究对象，利用计算机仿真技术，在不同结晶器图形方案下系统地比较了结晶器伸入式水口、钢液流动及传热、保护渣、凝固坯壳应力对薄板坯连铸工艺的顺行和铸坯质量的影响；并提出了薄板坯连铸机适宜的结晶器内腔形状以及与之相适应的伸入式水口结构形状。该研究结果为进一步优化薄板坯连铸结晶器内腔形状及工艺参数提供了依据。     

连铸结晶器中钢液流速解析

连铸结晶器中钢液的速度分布对结晶器的传热和夹杂物的分布有较大影响。采用射流理论．得出结晶器内钢液流动的四个不同区域，分别求得其钢液流动的物理模型。模型与实验结果有很好地一致性。     

攀钢板坯连铸结晶器内流场的水力学模拟研究

采用水力学模拟方法研究攀钢板坯连铸结晶器内流场,分析浸入式水口结构尺寸、塞棒吹Ａｒ量和拉速等工艺参数对连铸结晶器内钢液流动状况的影响,在此基础上优选出适合攀钢板坯连铸工艺的浸入工水口结构尺寸及相关参数。     

厚板坯连铸结晶器流场数值模拟

针对鞍钢新轧钢第一炼钢厂厚板坯连铸结晶器建立了三维湍流数学模型和三维实体模型.应用有限元软件对厚板坯连铸结晶器内的流场进行了模拟,计算了铸机拉速、浸入式水口出口倾角和水口浸入深度等工艺参数对结晶器内钢液流动的影响.对比表明,数值模拟结果与水模实验结果相符.     

宽板坯结晶器浸入式水口结构优化的数值模拟

以某钢厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用商业软件PHOENICS建立一个三维有限差分模型,模拟宽板坯连铸结晶器内钢液的流动分布.通过分析水口底型、倾角、插入深度等工艺参数对钢液面波动、流股对结晶器窄面的冲击力及涡心高度的影响,得出适用于宽规格结晶器的合理的浸入式水口.通过研究,为优化宽板坯结晶器内钢液的流场及浸入式水口的设计提供了科学依据.     

方坯连铸结晶器浸入式水口结构类型的研究

应用流场计算软件PHOENICS及水力模型,模拟了方坯连铸结晶器内钢液的流场和流动分布。在此基础上模拟计算了几种不同形式的水口对流动形态的影响,并用水力模型试验进行了验证。通过数值模拟,为优化结晶器内钢液的流场以及浸入式水口的设计提供了科学依据。     

混合LES-RANS模型在结晶器钢液流场模拟中的应用

采用了一种新的混合LES-RANS（大涡模拟-雷诺平均模型）湍流模型模拟结晶器中钢液的流场.模型通过修正湍流黏度系数对水口和结晶器内湍流进行过滤,对大尺度的湍流直接采用Navier-Stokes方程求解计算,对小尺度的脉动采用标准k-ε模型进行计算.该模型能避免RANS的过分耗散并且能捕捉到更多的瞬态湍流信息.模型通过对连铸结晶器内液态金属GaInSn模型速度进行测量验证,速度测量方法为超声波多普勒测速仪（UDV）测速法.新模型与实验测量值吻合程度明显好于RANS模拟的结果,能更准确地预测结晶器和水口内的湍流行为.结晶器内瞬态流动特征表明,水口两侧流体呈周期性的偏流,周期约为5s.      

基于PIV技术的板坯连铸结晶器内钢水流动行为研究

利用粒子图像测速技术,以200 mm×2040 mm板坯连铸结晶器为原型,建立1∶4水模型进行实验,对结晶器内钢液流动形态、流速及各流态所占比例、液面波动、以水口为中心结晶器两侧对称点速度随时间的变化、水口两侧液面水平流速、水口两侧对称位置液面至结晶器底部垂直方向速度和钢液对两侧窄面的冲击深度进行系统地研究和分析,并对比拉速的影响.研究表明,粒子图像测速技术不仅可以测量结晶器内流场流速,还可以对流场对称性进行全方位、多角度定量分析,为研究连铸参数变化,比如拉速、水口结构和水口浸入深度,对板坯连铸结晶器内钢液流动及对称性的影响提供一种较为精确的方法和思路.通过分析得出,在本实验条件下拉速0.5 m·min-1优于0.6 m·min-1.      

浇铸参数对结晶器液面波动影响及其工业应用

 板坯连铸结晶器液面的波动行为是结晶器内钢液流动、结晶器自身振动以及辊子挤压铸坯内部未凝固的钢液造成液面波动综合作用的结果。结晶器液位波动的稳定性对板坯连铸过程的卷渣行为有直接影响。在工业板坯连铸生产实践中,一般在结晶器某一区域(比如结晶器中部)利用放射源或涡流传感器检测液位波动来代表该工况下的整体波动水平。利用三维气液两相流动的数学模型研究了浇铸参数对结晶器液位轮廓的影响,浇铸参数包括拉速、吹氩流量、浸入式水口出口角度和浇铸断面。研究结果表明,结晶器不同宽度位置的波动幅值差异较大,且与工艺参数密切相关。液面的波峰与波谷之差随着拉速的增加在窄面附近逐渐增大,随着吹氩流量的增加在水口附近逐渐增大。在水口出口角度15°条件下,水口和窄面附近的液位波动均较大,而在水口出口角度45°条件下,仅在水口附近存在较大的液位波动。研究结果表明,使用板坯连铸常规的15°浸入式水口,当铸坯宽度大于800 mm时,结晶器液面检测需要在水口和窄面附近同时布置液位检测设备,以便更全面反应结晶器的真实液面行为,使液面波动对轧板表面质量指导性增强,有效提高连铸工艺的控制水平。如使用45°浸入式水口可以继续沿用原有的液位检测布置。     

板坯连铸结晶器内钢液流动过程的模拟仿真

板坯连铸结晶器内钢液的流动方式对去除钢水中夹杂物，防止残渣和保护渣卷入钢水，防止注流冲刷凝固固造成漏网和拉裂很重要。本文开发了描述结晶器内三维湍流流动的数学模型和计算程序Ｍｏｕｌｄ１．０，对结晶器内的流动现象进行了模拟研究，观察了双侧孔浸入式水口的张角和浸入深度及浇铸速度对结晶器内流动行为的影响。计算模拟结果与实测结果进行了比较。     

板坯连铸结晶器伸入式水口数理模拟研究及应用

针对重钢板坯连铸生产状况，采用物理模拟和数值模拟的研究方法，对结晶器内钢液流动行为进行了研究。优选出适合重钢板坯连铸工艺的伸入式水口结构尺寸及相关系数，并在生产中得到验证及应用。     

薄板坯连铸结晶器内流体流动特征的研究

在水力学模型实验的基础上，对初选的喇叭型、直通型和牛鼻子型３种超薄型水口进行结晶器流场激光测试，定量的研究直弧形截面薄板坯连铸结晶器内流体流动特征和水口出口速度分布，为进一步采用数学模型研究结晶器流场、优化伸入式水口结构和工艺参数打下基础。     

中薄板坯连铸结晶器钢/渣界面行为数值模拟

利用VOF（volume of fluid）方法和Lagrangian离散模型模拟了厚度为135mm中薄板坯连铸结晶器内的钢液流动及钢／渣界面波动行为,分析了结晶器宽度、水口浸入深度、水口侧孔倾角、拉速和吹氩对结晶器内钢液流动和液面波动的影响规律．结果表明：钢液从三孔浸入式水口流入结晶器后形成上、下三个回流区;吹氩使结晶器上回流区靠近水口附近形成二次涡流;在一定拉速下,增加水口侧孔倾角和浸入深度均能有效抑制钢／渣界面波动;增加拉速和在一定拉速下增加结晶器宽度均将加剧液面波动．     

板坯连铸结晶器内吹入气体对钢液行为的影响

采用水力学模拟方法研究板坯连铸结晶器内流场，分析塞棒吹Ａｒ时，浸入式水口琢拉速等工艺参数对连铸结晶器内钢液行为的影响。