板坯连铸结晶器流场优化

利用开发的三维流场计算软件，研究了操作参数对武钢二炼钢板坯连铸机结晶器内钢液流动的影响。结果表明：采用国库券在的水口浸入深度可以减小表面速度，抑制液面滤波，避免钢渣卷混的产生；与圆形水口相比，长方形水口能有效地减小卷渣发生的可以性。     

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．     

连铸结晶器内钢液凝固行为的计算机仿真

用计算机仿真的方法研究结晶器内钢液流动与传热，从而了解钢液的凝固行为。同时利用有效热容的概念来处理相变潜热源项，在程序编制过程中利用动态更新来实现凝固对物理量的影响。模型求解得到的凝固壳厚度与漏钢测试结果吻合，说明所采用的方法正确、实用。研究了拉速、水口插入深度、水口角度等因素对凝固壳厚度分析的影响。     

应用FEM数值模拟优化连铸结晶器

研究了应用FEM数值模拟优化连铸过程和结晶器。结晶器的优化设计通常从连铸过程中的稳态模拟开始。根据理论数据，使用边界条件来确保计算过程尽可能地接近实际；物理特性的使用以及在连铸过程中记录下的测量数据使计算得到调整并适应于连铸实际工作条件。应用这些初期的基础计算，可进一步地模拟冷却参数、结晶器材质和镀层改变对结晶器所造成的影响。使用FEM软件计算，除了可以优化连铸过程，还可以提高结晶器寿命，同时提高连铸产品的质量。在考虑结晶器热力学问题的同时，还应考虑使用为确定母材和钢坯应力的热结构分析法，以及为模拟熔化流动和冷却水设计的CFD软件(计算流体动力学)和FSI软件(流体结构相互作用模拟)，这些分析方法得到了越来越广泛的应用。     

高拉速连铸用管式结晶器及其在武钢的应用

研究了适用于高效方坯连铸的管式结晶器的材质、长度及倒锥度,并介绍了武钢第一炼钢厂引进的DLAMOLD管式结晶器及其使用情况,指出要发展高效方坯连铸必须研究出在材质、长度、倒锥度等方面都适合于高拉速的管式结晶器,并指出了方坯连铸工作今后的发展方向。     

高拉速管式结晶器的发展

回顾了国内外管式结晶器发展状况,并着重论了管式结晶的发展方向。     

异型坯连铸结晶器传热行为的数值模拟研究

利用ABAQUS有限元软件建立异型坯连铸结晶器铜板的三维有限元模型,并通过ABAQUS用户子程序施加传热边界条件,对现有的异型坯结晶器铜板温度场进行数值模拟研究,重点分析铜板热面温度的分布规律,并对其进行优化,得到合理的温度场分布.给出了水槽和水孔中冷却水流速、铜板厚度以及拉坯速度等工艺参数对结晶器铜板温度场的影响规律...     

连铸喷淋结晶器的传热数学模型

针对铸坯在结晶器内的凝固特性，建立了喷淋冷却结晶顺的传热数学模型。并数值计算了普通循环水冷结晶器与喷淋冷却结晶器的冶金参数，讨论分析，比较了两种冷却方式的冶金效果。     

304不锈钢板坯连铸结晶器水口结构优化的数值模拟

通过数值模拟研究了304不锈钢200mm×1 550 mm板坯结晶器内用原水口时的钢液流场及钢-渣界面的特征。结果表明,原水口的结晶器流场的上回流过强,钢-渣界面的不稳定,结晶器窄边渣液层薄,易发生卷渣和钢液裸露;最优化水口结构为将原水口V型底部改成凹型、增加水口出口形状的锥度、向上倾角10°。     

小方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

借助有限元分析软件ANSYS,对150mm×150mm小方坯连铸结晶器电磁搅拌在电流为150A,频率变化情况下的钢液内部磁感应强度和电磁力进行了数值分析,并分析了结晶器厚度对钢液内部磁场的影响以及不同时刻钢液内部电磁力的分布。模拟结果表明,在结晶器电磁搅拌时,同一个断面上,4个角部的磁感应强度最大;随着频率的增加,钢液内部磁感应强度降低,钢液边部电磁力在4~5Hz时最大;钢液内部的电磁力在1个周期的不同时刻,形成了同一个方向的力偶,在这个力偶的作用下,完成了对钢液的搅拌;结晶器厚度对钢液内部磁场影响很大,厚度增加,钢液内部磁感应强度降低。     

连铸结晶器水口不同浸入深度的数值模拟

通过ANSYS Fluent软件对结晶器浇铸1200mm×244mm断面铸坯在不同浸入深度下流场、温度场进行数值模拟计算。结果表明,针对结晶器1200mm×244mm断面下,当浸入深度为110mm时,自由液面的最大速度为0.166m/s,波高为2.4mm;当浸入深度增加至130mm后,自由液面速度有所降低,为0.127m/s,但当浸入深度在130～170mm变化时,自由液面速度波动不明显。液面波动随着浸入深度的增加而略有降低,浸入深度分别为130、150、170mm时,液面波高分别为1.98、1.89、1.49mm,整体变化不大。不同浸入深度在结晶器内上旋流钢液大部分温度为1516～1518℃,下旋流钢液温度基本为1514～1516℃,比较均匀,影响不大。     

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.     

数值模拟技术在连铸结晶器中的应用

连铸结晶器内的冶金过程非常复杂,等同于“黑匣子”,用传统研究方法难以观察,数值模拟技术恰能弥补这一不足.主要介绍了模拟连铸结晶器的几种常用商业数值模拟软件,并详细讨论了PHOENICS、ANSYS CFX/Fluent、ABAQUS、MARC、ProCAST和其他数值模拟软件在连铸结晶器中的具体应用及其优势和局限性.最后,为了使数值模拟技术与冶金工业更好的结合,指出了数值模拟技术在连铸结晶器中的发展趋势.     

160 mm×160 mm小方坯连铸结晶器内流场数值模拟

采用Fluent软件对断面为160 mm×160 mm小方坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以结晶器表面流速以及结晶器内钢液的流场状态为主要参考目标,模拟研究了160 mm×160 mm小方坯结晶器在不同拉速条件下相适应的水口浸入深度,并对数值模拟结果相应地进行了水模拟验证。结果表明,当小方坯结晶器的拉速为1.7 ～1.9 m/min、浸入深度为80～100 mm时,结晶器内流场较为适宜,不会因液面波动剧烈而造成卷渣等问题。研究结果为小方坯连铸结晶器制定合理的浇注工艺提供了理论指导。     

旋转流水口对结晶器钢水温度场影响的数值模拟

采用数值模拟的方法研究了不同旋转流水口工艺条件对结晶器内温度场的影响.结果表明:结晶器旋流水口会稍微增加水口两侧高温区的不对称性,但能提高弯月面处钢水的温度,使弯月面处钢水温度更均匀——传统水口从水口到弯月面处温降约为15℃左右,而旋流水口仅为10℃.增加拉速或降低旋流片高度,会增加钢水弯月面处的温度;旋流片角度为120°或旋流片距水口底部390mm时,钢水弯月面处温度最高.     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以安钢宽板坯连铸为研究对象,采用大型商业软件ANSYSCFX10.0,应用VOF法重点研究浸入式水口倾角、拉速、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度从1800mm增大到3250mm,结晶器内液面平均波高明显降低.当宽度为1800mm时,结晶器保护渣-钢液界面平均波高为5.33mm;当宽度增至3250mm时,平均波高为7.08mm.     

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 ℃。     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场的数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件对240mm×280mm大方坯结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,系统研究了电磁搅拌参数对结晶器内磁场和电磁力的影响规律.结果表明:磁场在结晶器电磁搅拌器内产生的旋转电磁力在水平截面上形成一对力偶,驱使钢液顺时针旋转;结晶器高度方向上磁场分布呈\     

数值模拟开式水冷模铸机浇注过程

以南钢开式水冷模铸机为研究对象,建立了型腔内钢液三维非稳态流动、传热和液面波动的数学模型,研究了浇注过程中钢液的流动特征、温度分布以及注流卷吸气体的运动规律。结果表明：浇注过程中,在“气体卷吸”作用下,型腔内钢液的流动存在显著差异,浇注前期表现为上升流呈多个大小不一的涡旋流,浇注后期则呈典型的逆时针涡旋流,并充满整个模腔。在该流动行为影响下,型腔内钢液温度场表现为中心低四周高的系列等温带,钢液表面水平流速随液面高度的上升而增加,在液面高度为3.1 m时达到最大表面流速0.6 m/s ,此时液面波动大,易发生卷渣和钢液二次氧化。