双辊铸轧布流过程熔池流场及温度场

双辊铸轧是一种先进的连铸技术,其布流器的布流形式直接影响其产品质量。同时考虑布流器、辊套、熔池、材料非线性和复杂边界条件的基础上,建立了双辊铸轧流固热耦合数值模型,并对熔池流场及温度场的分布规律进行研究。结果表明,熔池在布流器下方和侧面开口附近共存在4处漩涡,且在靠近侧封板一侧存在下凹的高温区。布流器两侧开口宽度对熔池流场及温度场的影响均较大,在侧面和端面开口宽度分别取12和22 mm时熔池Kiss点的位置分布较为理想。对布流器两侧开口宽度同时对应调整,有利于控制熔池Kiss点的位置高度。     

基于有限元法的布流器水口结构优化研究

为了研究布流器水口结构与铸轧工艺参数的取值这2个关键因素对薄带产品质量的影响,基于有限元分析软件,建立三维铸轧熔池流热耦合模型。布流器水口结构的部分参数通过正交试验的方法进行了优化,并分析了结构参数对熔池的影响。根据优化后的参数,重新建立模型,研究了铸轧工艺参数对熔池温度场的影响规律。结果表明,布流器侧面水口锥角的取值对熔池出口温度差值影响最大,端面水口倾角主要影响自由液面湍动能差,优化后的熔池模型自由液面湍动能以及熔池出口温度分布更加均匀;熔池出口温度与铸轧速度、过热度呈线性关系,从而得出过热度和铸轧速度的合理取值范围,这为实际生产过程提供理论依据。     

双辊薄带铸轧熔池流动规律分析与试验

  依据相似性原理采用1[∶]1比例搭建双辊薄带铸轧水模型试验平台,研究了不同铸速对铸轧熔池流动规律的影响,并建立低雷诺数的湍流数学模型,对熔池内流场和温度场分布规律进行分析。研究结果表明,由于液体的黏性力和轧辊的挤压作用,在熔池芯部区域会产生回流现象。芯部回流可在一定程度上搅动熔池并促使芯部温度降低,有利于促使温度场和溶质场均匀稳定。研究还表明,随着铸轧速度的增加,回流区位置下移且回流区面积增大,回流作用增强。但过大的铸轧速度反而会使液面波动加剧、Kiss点位置过低等问题产生,从而影响产品质量。     

不锈钢薄带铸轧过程中的流动特性

采用有限元法模拟了双辊铸轧不锈钢过程的流热耦合问题,分析了铸轧速度对熔池内流场、温度场遥影响以及流场与温度场之间的相互关系,给出了大过程中熔池与铸轧辊之间的热流密度变化趋势及帮轧速度的变化规律,并比较了模拟与试验的结果;给出了薄带表面温度在铸轧过程中的变化及其随铸轧速度变化的趋势。     

双辊铸轧工艺参数对熔池场变量的影响

双辊铸轧过程控制是一个高度复杂的工程问题,熔池流场和温度场的稳定性直接影响着带坯的质量。研究铸轧工艺参数对流场、温度场的影响规律,对于得到厚度均匀的板带具有重要意义。基于立式双辊铸轧工艺构建了1∶1水模型实验平台和标准湍流数学模型,研究了铸轧速度、熔池接触角及浇注温度对熔池流场、液面波动及出口温度的影响。结果表明:在熔池出口附近,由于熔池体积减小而产生液体回流现象,且回流区域面积与铸轧速度近似成正比。铸轧速度越大,出口温度越高,沿板宽方向温差越小。当铸轧速度大于7.2m/min或熔池接触角小于40°时,熔池液面波动过于剧烈,会严重影响板带的质量。     

基于CFX的双辊铸轧304不锈钢流场和温度场数值模拟

建立了包括铸辊在内的三维整体模型,计算了熔池与铸辊的流场和温度场.流场模拟结果表明熔池内形成了大面积的环形流动区,有利于温度及池内钢液的均化.温度场模拟结果表明熔池内漩涡区由于回流作用温度比周围要低30 ～50℃.经试验验证,模拟结果与实际生产情况相吻合,证明了所建模型的有效性.分析了铸轧速度对熔池内流场和温度场的影响,并根据凝固终点的位置给出较合理的铸轧速度为0.5 m/s左右.     

铸轧薄带的边部斜裂纹形成机理

 为了控制铸轧薄带产品质量,降低铸轧工艺本征裂纹导致的断带风险,针对铸轧薄带的边部斜裂纹展开研究,提出边部斜裂纹形成的直接原因为侧封与熔池间的换热使熔池边部的Kiss点高度局部提升。该处薄带进入铸轧塑性变形阶段的初始厚度局部增大,由此引发的斜向剪应力导致了边部斜裂纹的产生。建立了熔池的热-流耦合数值仿真模型,分析了Kiss点高度沿铸轧辊宽度方向上的分布规律,结果显示熔池边部的Kiss点高度高于熔池中心。建立了热-力耦合数值仿真模型,分析了变厚度薄带热轧时其塑性变形区内的应力分布状况,结果显示斜向剪应力集中分布于后滑区边部,其方向与后滑区金属的流动方向一致。仿真结果验证了所提出的边部斜裂纹形成机理的合理性。     

复合铸轧工艺参数对Kiss点的耦合影响

为了获得高质量的层状金属复合材料,依据双辊薄带复合铸轧技术,探究工艺参数间的耦合作用对复合铸轧的影响。采用有限元软件构建了铜和铝的固-液复合铸轧仿真模型,基于该模型,研究了铝板出口厚度、轧制速度、熔池高度、铜带厚度和浇注温度对Kiss点高度的影响,并对正交试验得到的Kiss点高度进行极差分析,得到了铝板出口厚度、轧制速度和铜带厚度3个强耦合参数,给出了这3个参数两两耦合下耦合强度的变化规律。铝板出口厚度和铜带厚度、铜带厚度和轧制速度对Kiss点高度的耦合影响随参数值的增大其效果逐渐减弱,铝板出口厚度和轧制速度对Kiss点高度的耦合影响随参数值的增大其效果逐渐增强。同时,利用复合铸轧熔池物理场的变化,分析了产生耦合的原因。     

双辊薄带钢铸轧过程的流场温度场耦合数值模拟

采用有限元法模拟了双辊铸轧不锈钢过程的流热耦合问题;分析了铸轧速度对熔池内流场,、温度场的影响以及流民温度场与温度场之间的相互影响,给出了凝固过程中熔池与铸轧辊之间的热流密度变化趋势及随铸连的变化规律,并把此模拟的结果与试验的结果相比较,吻合较好;通过熔池内温度场及温度梯度分析了熔池内凝固的发展及其对热流密度变化的影响。此     

双辊薄带连续铸轧熔池内金属流动及传热特性的研究

本文建立了双辊式薄带连续铸轧熔池内二维传热流动数学模型，使用有限元计算方法实现了控制方程及边界条件的数值求解，计算结果揭示了熔池内的流场、凝固温度场的特点和规律。     

双辊铸轧工艺温度场和流场耦合的数值模拟

 双辊铸轧过程中熔池内金属的流动状态及温度分布直接影响着铸轧过程的稳定性与铸带产品的质量。针对实验室双辊铸轧试验的特点,采用三维有限元法模拟了双辊铸轧过程的热流耦合问题,利用热平衡计算、铸轧实验和模拟相结合的反向方法分段建立了凝固过程中凝壳与铸辊之间热传导系数与铸轧速度、熔池位置之间的关系模型,并分析不同工艺条件下熔池内凝固变化的情况。     

Numerical Analysis of the Influences of Operational Parameters on the Braking Effect of EMBr in a CSP Funnel-Type Mold

A three-dimensional mathematical model of the magnetic field, flow field, and temperature field in a 1500 mm × 90 mm CSP funnel-type mold is used to numerically study the effect of an electromagnetic brake (EMBr) on flow and heat transfer behavior of molten steel. A number of effects of EMBr on the flow pattern and temperature distribution of molten steel are simulated. The jet flow discharge from the submerged entry nozzle (SEN) is significantly suppressed. In addition, heat transfer in the upper part of the mold increases under the influence of EMBr, which can improve the mobility of liquid steel at the meniscus and achieve low superheat casting. The relations between casting speed and magnetic flux density, and between SEN submergence depth and the installation position of the EMBr device, are taken into account to study the effects of braking on molten steel. The results show that the braking effect is weakened with an increase in either the casting speed or the SEN submergence depth. In order to insure the efficient and stable operation of a continuous casting production, the magnetic flux density should be increased by approximately 0.1 T when the casting speed increases by 1 m/min. In addition, an optimal braking effect for molten steel can be obtained when the distance between the bottom of the nozzle and the upper surface of the EMBr device is 100 mm.     

偏心M-EMS作用下连铸圆坯流动-传热模拟

 为探究偏心结晶器电磁搅拌(M-EMS)对圆坯钢液流动和传热的作用,减轻偏心M-EMS对圆坯的不利影响,通过建立三维耦合模型研究了偏心M-EMS作用下Φ380 mm连铸圆坯钢液流动和传热特点及M-EMS参数的影响。结果表明,在偏心M-EMS(300 A/2 Hz)作用下,由水口进入结晶器钢液流向外弧侧,碰壁后会形成较大回流;外弧侧钢液温度比内弧侧温度高;随着距弯月面距离增加,外弧侧钢液温度先增加后降低,温度最大处在M-EMS中心,为1 779 K;内弧侧钢液温度则一直降低。随着电流强度由100增加到500 A,圆坯下方回流区由1个变为2个;内、外弧侧钢液温差先减小后增加,在300 A时最小,为8.4 K。随着电流频率由1增加5 Hz,外弧侧回流区变小直至消失。当电流频率小于3 Hz时,内、外弧侧钢液温差小于10 K;而当频率大于3 Hz时,温差则大于16 K。Φ380 mm圆坯推荐M-EMS参数为300 A/2 Hz。     

待定系数法确定双辊薄带铸轧中的边界热流

熔池与铸轧辊接触的边界热流是进行双辊薄带铸轧数值模拟研究的重点,通过铸轧过程中金属凝固机制和传热过程的研究,提出结晶辊和熔池接触的边界热流分布函数形式,利用凝固初始位置、薄带坯出坯厚度,再结合能量守恒原理进行求解,确定函数中的待定参数,避开传统方法需要求解坯壳和铸轧辊间气隙热阻的难题;通过施加所提出的边界热流函数对某试验铸轧辊温度场进行求解,结果与实测结果相吻合,这表明文中提出的边界热流分布函数形式与实际相符合。     

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。     

水口类型对大方坯连铸结晶器内流场和温度场的影响

利用Fluent流体力学软件对直通式、侧二孔式、侧四孔式浸入水口对大方坯连铸结晶器内钢水流场和温度场进行了数值模拟.结果表明,从流场来看,直通式冲击深度最大,侧二孔式次之,侧四孔式最小,侧四孔式水口在结晶器内钢水能形成上、下两个回流,其下回流涡心较直通式水口从590 mm上移至270 mm,有利于夹杂物的上浮.从温度场来看,侧二孔式和侧四孔式较直通式水口使结晶器内热中心明显上移,且其弯月面钢水温度比直通式分别提高了6 K和4 K,有利于保护渣的熔化.