薄板坯连铸结晶器的热性能和机械性能的分析

1　前　言目前 ,炼钢工业中一个最重要的发展趋势是开发近终形连铸钢坯的工艺。浇注厚度仅为几个厘米的薄板坯 ,用常规的精轧机在线进行直接热轧 ,这种先进的连铸工艺避免了使用粗轧机及其相应的投资。结晶器是薄板坯铸机中最重要的组成部分 ,因为在浇注过程中 ,结晶器铜板控制着钢液的初始凝固过程 ,决定着铸坯的表面质量。在操作过程中 ,虽然由于急剧的热梯度引起的结晶器变形较小 ,但会影响凝固坯壳和结晶器之间气隙的大小 ,从而制约着热传递。伴随的热应力可能引起结晶器弯月面附近永久的蠕变变形 ,影响结晶器的使用寿命。所以 ,在严格…     

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。     

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。     

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。     

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．     

薄板坯连铸结晶器的发展现状

分析了目前出现的几种薄板坯连铸结晶器的基本原理，主要特性和浇铸参数，阐述了它们的优缺点，提出了进一步开发第Ⅲ种类型结晶器的重要意义。     

薄板坯连铸结晶器

薄板坯连铸结晶器，包括两个宽侧壁及两个可移动位置的窄侧壁；两块宽侧壁与两窄侧壁一起构成薄板坯连铸结晶器的内腔；宽侧壁的表面包含了至少两个凹曲面，相邻凹曲面之间的中间平面及一个基本平面；两块宽侧壁对应有凹曲面构成至少两个浇注区；中间平面对应的宽侧壁间距大于基本平面对应的宽侧壁间距，小于凹曲面对应的宽侧壁的间距；     

连铸结晶器铜板温度计算

建立了结晶器铜板传热数学模型并用国外某公司的计算结果进行了验证，同时应用该模型分析了在发迹铜板厚度和冷却水流速时铜板温度的变化，对方坯结晶器铜管温度进行了计算。     

薄板坯连铸结晶器技术的最新发展

介绍了近年来国内外薄板坯连铸结晶器热流技术的研究与应用、结晶器长寿技术的开发及CSP新型结晶器的研制情况。     

铜板厚度对板坯结晶器热力行为的影响

基于某钢厂的铸机条件,建立了三维热弹塑性有限元模型,得到了不同厚度铜板的温度、变形量和等效应力应变的分布状态,指导了河北普阳钢铁有限公司结晶器的设计。结果表明：铜板越厚,热面温度越高,等效应力越小,变形量越大。铜板厚度每增加5mm,热面最高温度将相应增加30℃左右;热面最大等效应力将减dx7．5MPa2左右;热面最大变形量将相应增加0．05mm左右;较薄的铜板可减少浇铸过程中铜板的热变形。     

板坯连铸结晶器铜板冷却水槽结构优化

针对板坯连铸结晶器铜板冷却水槽的结构优化,将三维传热模型应用于结晶器铜板导热过程,并采用有限元方法进行了模拟,计算并比较了水槽结构优化前后结晶器宽面铜板热面温度分布情况.结果表明:水槽结构优化后铜板螺栓处温度较优化前降低6℃,弯月面处温度降低10℃;优化前和优化后铜板在螺栓处和弯月面处的温度波动幅度分别为3、1. 5℃和8、2℃,水槽结构优化后铜板传热能力和冷却均匀性有明显提高.     

板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟

基于流体力学基本原理,采用Fluent软件建立板坯连铸结晶器及浸入式水口的三维有限元体积模型,模拟研究了水口不对中和水口单孔结瘤条件下结晶器内流体的流动特征和温度场分布状况.结果表明:水口对中不良时,结晶器两侧回流明显不对称,液面会产生旋涡,水口偏向侧温度高于水口偏离侧;水口出口单孔结瘤时,未结瘤侧流股增强,液面流速增大,并且液面有涡流产生,结瘤侧新鲜钢液减少,温度偏低.     

Simulation of thermal behavior during peritectic steel solidification in slab continuous casting mold

Thermal behavior of the solidifying shell in continuous casting mold is very important to final steel products.In the present work,one two-dimension transient thermal-mechanical finite element model was developed to simulate the thermal behavior of peritectic steel solidifying in slab continuous casting mold by using the sequential coupling method.In this model,the steel physical properties at high temperature was gotten from the micro-segregation model withδ/γtransformation in mushy zone,and the heat flux was obtained according to the displacement between the surface of solidifying shell and the hot face of mold as solidification contraction,the liquid-solid structure and distribution of mold flux,and the temperature distribution of slab surface and mold hot face,in addition,the rate-dependent elastic-viscoplastic constitutive equation was applied to account for the evolution of shell stress in the mold.With this model,the variation characteristics of surface temperature,heat flux, and growth of the solidifying shell corner,as well as the thickness distribution of the liquid flux,solidified flux,air gap and the corresponding thermal resistance were described.     

对薄板连铸坯边部裂纹的探讨

就薄板坯边部裂纹产生的原因进行探讨，并对减少边部裂纹提出了建设性意见。     

低碳钢薄板坯高速连铸保护渣研究与优化

 针对低碳钢薄板坯高速连铸过程中保护渣液渣层过薄、黏结报警频发、铸坯表面纵裂纹过多等问题,在充分考虑高拉速下低碳钢凝固收缩特性的基础上,确定了保护渣润滑与传热性能的优化方向并开展了工业试验。将保护渣碱度从1.10提高到1.30,Li₂O质量分数从0.57%提高到1.06%,Na₂O质量分数从5.48%提高到8.16%,碳质量分数由7.71%降低到6.72%。对2种保护渣的流变性能和渣膜3层结构进行了深入研究,发现优化后保护渣渣膜中的液渣层比例增加,渣膜润滑系数α增大;同时,渣膜中的结晶层比例也有一定程度的提高,渣膜热阻系数β增大,从而使保护渣的润滑性能和控制传热能力均得到改善。从矿相分析结果看出,保护渣碱度的提高在一定程度上会促进硅灰石的析出,导致渣膜结晶率提高、热阻增大,进而起到控制传热的目的。生产实践表明,在拉速提高后,使用新型保护渣基本避免了黏结和裂纹的产生,生产效率和铸坯质量均得到显著提高。     

薄板坯连铸保护渣冶金性能实验研究

对5种薄板坯连铸保护渣化学成分、熔化温度、熔化速度、结晶温度和矿物组成进行了试验研究和理论分析，结果表明现行薄板坯连铸保护渣熔化温度为1057～1131℃，熔化速度为19．3～61．1s，结晶温度为1058～1142℃，凝固渣样的矿物组成以硅灰石和少量黄长石为主，且随着碱度的提高，渣样的玻璃化率急剧降低。综合各种性能和工艺要求，渣A除熔化速度需要调整外，其它性能均较适于薄板坯连铸需要。     

板坯连铸结晶器液面的周期性瞬态特征

 采用1[∶]1水模型和工业试验研究了常规板坯连铸结晶器液面的瞬态特征。研究发现,常规板坯结晶器液面存在“周期性畸变”。该现象表现在液面每隔20～30 s出现约5 s的畸变。畸变期间窄面处液面凸起,宽度1/4处液面凹陷且表面流速达到极大值,易导致卷渣。定义上次液面畸变结束到本次畸变结束时间为畸变周期。水模型结果显示,提高拉速畸变周期减小,而提高水口浸入深度与倾角液面畸变周期增大,但改变这些参数不能消除周期性畸变。对液面畸变周期的影响程度为：水口倾角>拉速>水口浸入深度。工业试验也证实液面周期性畸变的确存在。适当增大水口倾角有利于减少液面周期性畸变导致的卷渣。     

Physical modeling and numerical simulation of electromagnetic stirring in a slab continuous casting mold

Through physical modeling and numerical simulation,the flow field in a slab continuous casting mold with electromagnetic stirring is measured under different casting parameters and stirring currents. To qualitatively evaluate the flow field in the mold,two indexes,i. e.,mold flux entrapment and velocity uniformity,are proposed.Based on these two indexes,some optimized stirring parameters under different casting conditions can be determined.     

唐钢FTSC工艺薄板坯连铸粘结的原因及预防措施

通过结合唐钢薄板坯连铸的生产实践,从钢水纯净度及温度、结晶器内钢水液位波动、锥度控制、设备状况、保护渣性能等几个方面分析薄板坯连铸粘结的机理和影响因素,并提出相应的预防措施,使粘结几率有较大幅度的降低。