小方坯结晶器水温水速对传热过程影响

通过建立结晶器内钢液和水的二维对流-传热耦合模型过程,研究了小方坯结晶器冷却水入口温度和流速对铜管温度和结晶器内平均热流的影响.该模型使用Fluent进行求解,模拟了钢液和冷却水的流动和传热,凝固坯壳的生长,以及热量以辐射和导热两种通过保护渣和气隙.通过将坯壳厚度和铜管温度与其他研究的结果进行对比来验证模型准确性.研究结果表明,结晶器冷却水的温度显著影响铜管的冷面温度,水温超过313 K会导致铜管冷面最高温度超过水的沸点.水流速升高0.49 m·s-1能够消除水温升高4 K带来的不利影响.      

连铸结晶器温度场及热变形的数值模拟

利用MARC有限元软件建立了圆坯结晶器的三维温度场与应力场耦合的热弹性模型，并在此基础上研究了结晶器厚度、冷却水流速以及拉坯速度对结晶器温度场和铜管变形的影响规律．模拟结果表明：拉速提高时，结晶器的温度和变形量都增大，但影响不显著；结晶器厚度增大时，铜管冷面温度降低，热面温度升高，同时变形增大；冷却水流速对铜管温度分布和变形量有较大影响，增大冷却水流速，铜管温度和变形量均下降．     

冷却工艺对薄板坯结晶器传热的影响

为揭示高速连铸结晶器铸坯-铜壁-冷却水体系的传热机制,建立了FTSC结晶器内铸坯-铜壁-冷却水三维流-固-热耦合数值模型。分析了高拉速条件下结晶器冷却工艺对结晶器铜壁和冷却水温度分布的影响。结果表明：采用反向供水铜壁热面温度峰值比正向供水降低15℃,冷却水温度峰值降低14℃;提高冷却水速度可有效降低铜壁和冷却水温度;在保证冷却水不出现沸腾的条件下,增加供水压力对结晶器温度场变化没有影响;冷却水进水温度对铜壁整体和弯月面附近冷却水的温度影响较小。在结晶器下部低热流区,冷却水温度变化受进水温度的影响较为明显。冷却水道与铜壁热面间距对铜壁温度具有显著的影响,对于冷却水温度,冷却水道在距铜壁热面15 mm和25 mm处温度相差不大,距离热面为35 mm时冷却水温度明显降低。     

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。     

薄板连铸过程中铜结晶器的传热和机械行为分析

为预测薄板铸机铜结晶器的温度、变形和残余应力，开发了三维有限元热-应力模型。就外形而言，有两种型式的结晶器可实现高速浇涛：即管式结晶器和板式结晶器。薄板铸机结晶器的形状和高的烧铸速度使其铜板的温度较常规板坯结晶器的高，其寿命比常规板坯结晶器的短。本研究的目的在于调查薄板铸机结晶器的热流和形状对变形的影响。应用反向导热模型分析在浇铸现场测定的结晶器壁温度，以此计算出结晶器相应的热流分布，然后再用塑性-粘性-弹性模型分析结晶器的热流，以此计算出结晶器相应的热流分布，然后再用塑性-粘性-弹性模型分析结晶器的热流，以研究不同型式的在役结晶器的高精变形。模型预测到的结晶器温度和变形与实际观察到的相一致。在生产中，结晶器热面温度最高达430℃，使结晶器的铜板朝钢液弯曲，最大弯曲变形的约为0.3mm。这种变形恰好出现在结晶器宽面中心区域，且比常规板坯结晶器的变形量小。     

连铸结晶器内大方坯的热力耦合分析

针对攀钢大方坯连铸机投产初期铸坯表面角部纵裂缺陷,建立了大方坯连铸结晶器内铜板与铸坯问的热力耦合模型,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.在传热模型中,以稳态模型分析结晶器的传热过程,以瞬态模型分析铸坯的传热过程;在力学模型中,考虑铸坯和结晶器的接触边界以处理结晶器角部的气隙,以热弹塑性模型分析铸坯的变形和应力场.2种结构的连铸结晶器中大方坯温度场和应力场计算结果表明,结晶器倒角从25 mm×45°变为12 mm×45°时,可改善铸坯角部的传热条件,降低凝固坯壳角部温度,增加凝固坯壳厚度,有利于减轻和防止铸坯角部裂纹.     

连铸过程结晶器内钢水凝固收缩计算研究

针对连铸结晶器铜管的锥度设计问题,采用凝固收缩——传热反馈调节计算方法,对130 mm×130 mm连铸结晶器内的传热、凝固及凝固收缩进行了计算研究,并与传统的利用假设的热流密度进行连铸坯锥度设计的计算方法进行对比。结果表明该计算方法可以有效地模拟实际连铸过程中角部区域凝固收缩对热流密度及温度分布的影响。针对CB300-V钢种,断面130 mm×130 mm连铸坯在3 m/min拉速下的计算结果为:凝固坯壳角部温度1 250℃,与经典热流公式计算的角部温度700℃有明显差别,面中心处明显的收缩开始于距结晶器上沿0.4 m的位置,凝固收缩的数值集中在0.000 2 m的范围内,角部最大收缩量为0.001 575 m。随着距表面距离的加大,凝固收缩呈减小趋势,凝固收缩的减少量与距离呈非线性关系。     

降低优质钢连铸坯角部纵裂废品的实践

现场实践发现涟钢一炼钢厂铸坯角部纵裂产生于结晶器，其主要原因是铜管磨损超标，足辊未对中，结晶器振动不平稳，结晶器冷却水速达不到要求。坯壳与结晶器壁间气隙不均匀，使相邻面坯壳厚度不一，在角部产生应力集中，使角部开裂。采取相应措施后，纵裂废品量与废品率大幅度下降。     

301不锈钢板坯结晶器出口热力耦合数学模型

针对某厂301不锈钢连铸坯表面裂纹缺陷发生率高的生产问题,建立了301不锈钢板坯连铸结晶器内凝固坯壳形成及应力和变形的热力耦合模型。该模型考虑了包晶钢高温相变特征及其结晶器内的凝固特点。利用有限元软件ANSYS,采用三维瞬态热传导有限元、生死单元技术及三维热弹塑性接触有限元算法进行求解,对301不锈钢板坯结晶器内凝固过程进行了研究。结果表明,结晶器出口处铸坯宽面中心温度最低,距角部40 mm处温度最高,坯壳最薄,随δ-Fe转变量增加,出口处坯壳温度升高,坯壳厚度变薄。铸坯宽面中心位移变形最小,角部最大,窄面位移量大于宽面。随δ-Fe转变量增加,出口处应力水平下降,热点区附近成裂指数增加,发生纹裂机率增大。     

新型管式结晶器铜管的开发与应用

通过对管式结晶器铜管上口变形问题的分析、研究 ,开发出一种新结构的铜管 ,解决了影响结晶器铜管寿命的的一些难题 ,延长了其使用寿命 ,降低了生产成本     

薄板坯连铸结晶器铜板热/力行为

基于国内某钢厂CSP漏斗结晶器铜板结构,建立了考虑铜板水槽冷却水流动的薄板坯结晶器铜板三维热/力耦合计算模型,研究分析了典型连铸工艺下结晶器铜板水槽内冷却水的传热特点和铜板温度场与热应力场分布规律,并探讨了冷却水流速及铜板厚度对铜板热/力行为的影响。结果表明,铜板宽面热面与窄面热面最高温度均位于弯月面下约15 mm处,分别达436.5、379.2 ℃。宽面和窄面铜板的最大热应力均位于弯月面下方约25 mm处,分别达876.7、867.8 MPa。宽面铜板的热应力总体比窄面高且分布更为不均匀,螺栓处热面的热应力整体低于其两侧水槽处热面的热应力。增加冷却水流速、减小铜板厚度可减小铜板热面温度与热应力。将螺栓处冷却水缝延长到距结晶器下口30 mm处,可显著改善宽面铜板中下部横向温度分布的均匀性,使其热面横向最大温差减少约19.6 ℃。     

连铸板坯二冷高温区传热均匀性研究与优化

在板坯连铸过程中,二冷区传热的均匀性对铸坯表面与内部质量均有重要的影响。首先对国内某钢厂二冷各区的喷嘴进行了喷淋性能测试,根据各冷却区喷嘴的布局及2 000 mm×250 mm断面包晶桥梁钢板坯连铸生产过程的各区水量分布,建立了铸坯三维凝固传热有限元计算模型,模拟分析了铸坯在二冷区内的动态凝固传热行为。在此基础上,优化调整了连铸二冷高温区的喷嘴布局。结果表明,某钢厂原二冷区喷嘴布局条件下,其高温区的铸坯表面温度沿其横向波动较大。典型生产工艺下,二冷4区出口处的铸坯宽面表面横向温差最大,即距角部313 mm处的宽面表面温度最高为1 073 ℃,而距角部873 mm处的宽面表面温度最低为996 ℃,温差达77 ℃。而当铸坯进入二冷弧形区时,铸坯表面的横向温度分布逐渐趋于均匀。将二冷2区的喷嘴安装高度由距铸坯表面170提升至200 mm、3区和4区的喷嘴安装高度由距铸坯表面200提升至240 mm,可使铸坯在高温区内的表面横向温差最大值降至30 ℃以下,大幅改善铸坯表面温度分布的均匀性。     

小方坯碳偏析模拟研究

基于Fluent建立了150 mm×150 mm结晶器的三维模型,模拟计算了结晶器内流场、温度场及溶质分布的变化,并对二冷区宏观偏析进行了模拟.结果发现,结晶器角部传热方式为二维传热,与表面一维传热相比凝固速度较快.结晶器角部钢液存在回流,同时弯月面处钢液也存在小的回流.受回流及凝固的影响,碳元素在结晶器内会重新分配,上部表现为正偏析、回流通道表现为负偏析.并且发现,由于固液相扩散系数的不同,直到凝固终点,铸坯冷却过程中都会存在环形负偏析.      

喷淋水量分布对C38N2钢大方坯冷却效果的影响

合理的连铸二冷工艺制度是提高非调质钢连铸坯质量的关键。以某钢厂320 mm×480 mm C38N2非调质钢为研究对象,建立了基于大方坯横向水量分布的凝固传热模型,分析二冷区各段喷淋水量分布对铸坯表面温度分布的影响。研究表明,在现行工艺喷淋条件下,二冷一段和二段铸坯边角部喷淋水量较大,铸坯在二冷一段出口内弧和侧弧的表面横向温差分别达到了340 ℃和327 ℃,三段和四段铸坯表面中心喷淋水量较大,铸坯在空冷区内弧和侧弧的表面回温分别为109 ℃/m和125 ℃/m,容易引发角部裂纹和内部裂纹。在此基础上,提出“在二冷一段和二段降低喷淋高度+三段和四段升高喷淋高度”的喷嘴布置方式。水量分布优化后,二冷各段出口表面横向温差基本控制在200 ℃以内,铸坯在空冷区内弧和侧弧表面回温分别降低至95 ℃/m和107 ℃/m,角部回温由94 ℃/m降低至40 ℃/m,降低了裂纹缺陷发生率。研究结果可为该类非调质钢连铸生产提供借鉴。     

1650板坯压下过程热/力学行为及压下工艺优化

为了控制梅钢1 650板坯连铸包晶钢过程铸坯内裂纹发生,基于梅钢1 650板坯连铸机生产实际,建立了1 560mm×230mm断面包晶钢铸坯凝固过程三维热/力耦合有限元模型,揭示了铸坯凝固过程各冷却区内的温度场分布规律和铸坯压下过程应力与变形行为演变规律。结果表明,铸坯在结晶器及零段内冷却强度大,沿拉坯及其垂直方向的温度分布梯度大;在实施铸坯凝固末端压下过程中,铸坯宽面中心与宽向1/4处的表面变形及应力变化较为同步,且靠近铸坯内弧侧凝固前沿的塑性应变最大,铸坯应力最大值集中在角部区域;目前梅钢包晶钢连铸压下区间设置不当,易引发铸坯产生内部裂纹。     

非均匀冷却型结晶器铜板的传热特性

针对唐钢新型的FTSC非均匀冷却型结晶器,根据连铸结晶器的铜板实测温度、结晶器水量和进出水温差,建立了结晶器热流一维修正计算模型及其分布曲面,分析在生产SS400钢种时不同条件下的结晶器铜板热流分布特点,结果表明,相同条件下热流分布趋势和热面温度分布趋势相似,横向上波动剧烈,在距离铜板中心线400mm处的热流最高,距离弯月面越近波动越剧烈,在结晶器下部,中心部位的热流较低,并且平直段热流比漏斗区域的热流低;沿着结晶器高度方向,热流和热面温度变化梯度较小,在结晶器中部会有一个热流以及热面温度回升趋势;在整个铜板宽面上,热流较高,热面温度较低,这对提高结晶器使用寿命具有积极意义。     

内冷却器-U形管对板坯连铸结晶器内钢水流动的影响

针对1 240 mm×200 mm板坯连铸提出了一种钢水内外复合冷却技术,即在“结晶器内设置内冷却器-U形管”,起到提高传热效率和改善钢液流动之目的。运用流体力学分析软件,就内外复合冷却结晶器内钢水的流动状态进行了数值模拟,发现内冷却器可以使结晶器内钢水的流动状态均匀,部分起到电磁制动之功效,有利于钢液中的夹杂物上浮。     

Analysis of Non-uniform Mechanical Behavior for a Continuous Casting Mold Based on Heat Flux from Inverse Problem

The distortion of mold plates plays an important role in the formation of surface cracks on continuously cast steel products.To investigate the non-uniform distortion of a mold,a full-scale stress model of the mold was de-veloped.An inverse algorithm was applied to calculate the heat flux using the temperatures measured by the thermo-couples buried inside the mold plates.Based on this,a full-scale,finite-element stress model,including four copper plates,a nickel layer and water slots in different depths,was built to determine the complex mechanical behavior of the continuous casting mold used to produce steel slabs.The heat flux calculated by the inverse algorithm was applied to the stress model to analyze the non-uniform mechanical behavior.The results showed that the stress and distortion distributions of the four copper plates were not symmetrical,which reflected the non-uniform distortion behaviors of copper plates,water slots,nickel layer and the corner region of the mold.The gap between the mold and the slab was increased because of the corner distortion,which was very important for the heat transfer of initial solidifying shell,and it may be a major reason for the slow cooling of the slab corner.     

钢球用钢Φ380mm连铸圆坯表面裂纹原因分析及工艺改进

对Φ380mm高碳钢球钢连铸圆坯轧成钢材出现的表面裂纹进行了统计分析结果表明:抛丸检查后的连铸圆坯表面存在纵向裂纹,主要原因是钢液在结晶器中凝固时冷却不均产生的。通过将结晶器铜管锥度由0.45%/m调整为0.63%/m,1300℃保护渣粘度由0.60 Pa·s降到0.50 Pa·s,1300℃保护渣熔速由36s调整到49s,二冷比水量由0.30L/kg降到0.25L/kg,二冷段四面冷却改为八面冷却等措施,有效降低了大规格钢球钢铸坯及轧材的表面纵裂纹,轧材表面探伤合格率提高到95%以上。