CSP连铸坯二冷凝固过程的研究

应用有限元仿真软件MSC.Marc,采用二维切片法,以邯钢CSP薄板坯连铸生产线为研究对象,分析铸坯在二冷区的凝固传热规律.结果表明,在二次冷却区,拉速增大0.1 m/min,铸坯表面温度将升高10 ℃左右,出结晶器坯壳厚度减少约0.26 mm,液相穴长度延长约0.16 m;过热度增大10 ℃,铸坯表面温度提高15 ℃左右,出结晶器口铸坯的厚度减薄0.65 mm,液相穴长度延长约0.2 m;冷却强度增大10%,铸坯表面温度降低,第四冷却段最明显,约40 ℃左右,液相穴长度减少约0.27 m,结晶器出口铸坯的坯壳厚度基本没有发生变化.     

OSP连铸坯二冷凝固过程的研究

应用有限元仿真软件MSC．Marc,采用二维切片法,以邯钢CSP薄板坯连铸生产线为研究对象,分析铸坯在二冷区的凝固传热规律。结果表明,在二次冷却区,拉速增大0．1m／min,铸坯表面温度将升高10℃左右,出结晶器坯壳厚度减少约0．26mm,液相穴长度延长约0．16m;过热度增大10℃,铸坯表面温度提高15℃左右,出结晶器口铸坯的厚度减薄0．65mm,液相穴长度延长约0．2m;冷却强度增大10％,铸坯表面温度降低,第四冷却段最明显,约40℃左右,液相穴长度减少约0．27m,结晶器出口铸坯的坯壳厚度基本没有发生变化。     

两段式无缝软接触电磁连铸结晶器内的电磁场分布

通过有限元数值模拟,研究了两段式结晶器上半段长度、感应线圈的位置及液面位置对结晶器内部磁场的影响,分析了两段式结晶器的电磁场分布规律.结果表明:两段式结晶器的上半段越长或线圈位置越靠上,结晶器的透磁效果越好;液面位于线圈中心偏上20 mm时,内部磁场的作用效果最佳.在本研究条件下,两段式结晶器的透磁效果良好,磁感应强度主要集中在结晶器上半段钢液的弯月面区域.纵向磁场在结晶器上半段高度的范围内逐渐增强,在结晶器下半段高度的范围迅速衰减;周向磁场在钢液表面均匀分布;径向磁场由钢液表面向内部逐渐衰减.与切缝式结晶器比较,两段式结晶器内部磁场分布更均匀.     

切缝式软接触电磁连铸结晶器的冷却效果分析

模拟了切缝式软接触电磁连铸结晶器的冷却效果及内部钢液的凝固。结果表明：感应热在铸坯纵向上主要集中在切缝对应的位置。在径向上主要集中在约5mm厚的铸坯表层；施加感应热后，结晶器出口的凝固坯壳厚度减小约0．5mm，说明感应加热对铸坯冷却效果影响不大；高频磁场产生的感应热使结晶器热面温度提高了6K，结晶器冷面温度提高了3K，不会对结晶器的耐热强度造成较大的影响。     

连铸结晶器内圆坯热力行为分析

连铸结晶器内铸坯的凝固行为直接影响着铸坯质量。为了清楚的认识结晶器内铸坯的凝固过程,建立了二维圆坯结晶器内钢水凝固传热及弹塑性应力瞬态分析模型,基于商业有限元软件ANSYS的直接耦合法模拟计算了圆坯在结晶器冷却过程中的温度及应力分布、坯壳厚度和收缩量。模拟结果表明:圆坯出结晶器坯壳厚度为15.5mm,边界收缩量为0.5mm,圆坯表层处于压缩状态,而内部处于拉伸状态。     

圆坯连铸温度场模拟

耦合温度场和流场 ,建立了圆坯连铸铸坯温度场的二维稳态柱坐标数学模型。用该模型模拟了国内某钢铁公司Φ178mm圆坯连铸铸坯内温度场分布 ,以渐变色形式模拟显示了圆坯连铸铸坯中心断面温度场分布 ;在温度场的基础上 ,模拟了铸坯凝固壳的厚度变化 ;模拟显示了结晶器内的钢液流动 ;采用铸坯传热数学模型在不同拉速及过热度下进行计算 ,系统分析了拉速及过热度对凝固末端位置、出结晶器坯壳厚度的影响。凝固末端位置的计算结果与现场实测结果一致 ,从而证明了模型的合理性。本研究模拟出的温度场分布和铸坯坯壳厚度 ,为优化工艺参数 ,提高铸坯质量提供了理论依据     

基于ANSYS的45~#钢结晶器内温度场模拟

以包钢薄板坯连铸结晶器内的45~#钢为研究对象,利用ANSYS有限元软件建立二维非稳态传热模型。研究了在不同拉速和过热度条件下,铸坯在结晶器出口处温度和坯壳厚度变化的情况。结果表明:拉速增大时,结晶器出口处的温度升高、坯壳厚度变薄,且坯壳厚度的变化曲线和Hanno提出的定律相一致;同样,过热度增大时,结晶器在出口处的温度也升高,过热度对角部坯壳厚度影响作用明显。通过有限元计算,给出了结晶器出口处铸坯温度分布和坯壳的厚度范围,分析了其影响因素,这为其他凝固坯壳厚度在线无损检测提供参考数据。     

软接触电磁连铸结晶器内磁场分布与弯月面行为

通过实验测试和数值模拟的方法研究两段式软接触电磁连铸无缝结晶器结构、线圈位置、电源功率以及弯月面位置等因素对结晶器内高频磁场分布的影响。并采用Sn作为钢液的模拟工质测量了不同实验条件下两段式结晶器内的弯月面高度。研究结果表明:两段式结晶器的透磁效果随着结晶器上半段厚度的减薄而提高;增加电源功率时,可以增大高频磁场在铸坯初始凝固区域的强度及作用范围,有利于弯月面的形成;线圈位置越靠上,越有利于磁感应强度透过结晶器,有助于弯月面高度的增大;当金属液面位于感应线圈高度中心与线圈顶端位置之间时,高频磁场作用于初始凝固区域的有效作用较强,可产生较大的电磁压力,有助于获得高表面质量的铸坯。     

小方坯连铸机高速结晶器的研究与设计

本文建立了铸坯凝固传热数学模型,模拟计算了铸坯温度场、坯壳厚度、热流场、坯壳热收缩应力场、坯壳与铜壁间气隙厚度,计算坯壳厚度与实测坯壳厚度基本吻合;计算结果为连铸机生产、连铸机设计提供依据.并设计了高速结晶器,平均拉速达3.5m/min.     

宽断面板坯结晶器内钢水流动、传热和凝固过程的数值模拟

建立了求解宽断面板坯结晶器内的钢液流动、传热和凝固数学模型,研究了不同浸入式水口结构、铸坯宽度、铸坯厚度和拉速等工况条件下,宽断面板坯结晶器内的流动、传热和凝固行为。结果表明：随着铸坯的宽度从1 800 mm增加2 200 mm时,从浸入式水口侧孔出来的射流在结晶器下部的影响范围更广;宽断面结晶器中的浸入式水口结构对不同铸坯断面和拉速下的流动和凝固行为产生较大的影响;在生产中需根据宽断面结晶器的流动及传热特点进行水口结构及工艺参数的优化。     

水口结构对薄板坯初始凝固行为的影响

以薄板坯连铸结晶器为研究对象,采用有限元法,建立了流动、传热、凝固的三维耦合数学模型。重点研究了拉速及双侧孔水口出口面积比对结晶器内自由液面流动情况、铸坯表面温度分布与凝固坯壳生长的影响。结果表明,当拉速由6 m/min减少到4 m/min时,液面波动由±10.5 mm降至±4.5 mm,而结晶器出口处的坯壳厚度将由7.1 mm增加到9.5 mm;当水口出口面积比由1.56增加到2.00时,液面波动由±9.1 mm降至±7.1 mm,出口处的坯壳厚度减薄了0.4 mm。     

Mold transient heat transfer behavior based on measurement and inverse analysis of slab continuous casting

In this present paper, a two-dimensional (2D) transient finite-difference model was developed. By solving appropriate inverse problem from the measured temperatures by thermocouples buried at various locations in the mold wall, the unknown heat flux between the strand and mold was identified. The temperature calculated in present model agreed well with actual plant data, and the results gave obvious non-uniform characteristics of heat flux and shell thickness, which could better reflect the real casting conditions of strand. The influence of casting speed on average heat flux and shell thickness at the mold outlet was calculated as follows: increase of casting speed caused increase of average heat flux and decrease of solidified shell thickness at the mold outlet. Furthermore, the relationship between average longitudinal heat flux and shell thickness of mold outlet was discussed, and it resulted in that the heat transfer from the strand to the mold remarkably determined the thickness and non-uniformity of the solidified shell.     

薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热数值模拟

为研究薄板坯连铸高拉速下结晶器内坯壳生长过程,利用ANSYS有限元模拟软件,建立了CSP薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热数学模型,并通过实际测量得到的凝固坯壳厚度验证了模型的合理性。对结构用钢Q235B钢种,1 500 mm×60 mm规格在结晶器内凝固过程进行了模拟,研究了不同拉速、不同结晶器冷却水量对凝固的影响。研究结果表明,随着拉速降低,坯壳厚度增加;随着结晶器水量增大,坯壳厚度增加,模拟结果与实测结果相符合,为实际生产优化工艺参数提供了理论参考。     

软接触结晶器电磁连铸中初始凝固的基础研究

通过实验和数值模拟研究了软接触结晶器电磁连铸传热凝固特点,测定了金属Ｓｎ在连铸中的温度场,初始凝固点和坯壳厚度,得到了电磁场影响它们的基本规律。在数学模型中考虑了高频电磁场对金属的传热凝固的以下影响;（１）对结晶器的感应加热;（２）对金属的加热;（３）电磁力推斥液力金属,减少金属与结晶器壁接触的影响。     

连铸工艺参数对板坯凝固终点的影响

以Q235钢为试验对象,利用射钉法在铸坯1/4位置处测量出230 mm×1 510 mm断面在1.05 m/min拉速下的坯壳厚度,以此为基础,优化凝固计算模型,确定液相穴长度及凝固终点,并验证了铸机预报结果;通过计算结果分析连铸拉速、浇铸过热度及二冷比水量等工艺参数对连铸板坯的凝固终点位置的影响,得到了液芯长度与拉速、比水量等工艺参数之间的拟合关系,从而获得铸坯的凝固规律,为铸坯凝固末端轻压下及电磁搅拌技术的应用提供了有效的依据。     

PENETRATION OF MAGNETIC FIELD IN TWO-STAGE SLITLESS MOLD FOR SOFT-CONTACT ELECTROMAGNETIC CONTINUOUS CASTING

为了验证两段式软接触电磁连铸结晶器的透磁效果, 测试了两段式结晶器内部的磁感应强度及弯月面高度, 并与传统结晶器进行比较, 结果表明：(1) 两段式结晶器的透磁效果随结晶器壁厚的减小而增强, 当结晶器的壁厚 为5 mm时, 两段式结晶器内部的磁感应强度比传统结晶器增大71.3%;(2) 两段式结晶器内部的磁感应强度随电 源功率和线圈位置的提高而增强;(3) 随电源功率的增加, 两段式结晶器内金属液的弯月面高度随之增大, 电源功 率为10、20和30 kW时对应的弯月面高度分别为2.9、4.7和8.2 mm.     

超高速连铸结晶器内坯壳的传热行为

超高速连铸漏斗结晶器内坯壳的生长速率对铸坯表面质量有着显著的影响。基于节点温度继承算法(NTI),运用ANSYS有限元软件建立了结晶器内钢水凝固的三维瞬态导热模型,解析了浇注温度和拉速对薄板坯传热行为的影响。研究表明,随着拉速从4.0提高到6.0 m/min,结晶器出口坯壳最大厚度由26减小到12.8 mm,结晶器出口坯壳表面最高温度从1 209增加到1 305 ℃。而浇注温度从1 550 ℃提高到1 560 ℃对坯壳的表面温度和厚度影响不大。     

连铸凝固传热全过程数值模拟与控制

基于传热学、凝固理论、熔渣理论,建立了凝固传热有限差分数值模型,对连铸全过程进行热状态、凝固状态分析及工艺控制,模型考虑了钢的热物性参数随温度变化的关系.并根据连铸冶金准则和目标温度控制进行二冷优化,获得合理的温度分布和二冷水量分布,实现最佳铸坯品质,同时针对不同钢种的凝固特点,对保护渣性能进行设计.计算值同现场实测数据进行对比,有较好的一致性.最后研究了浇注温度、拉坯速度、二冷配水等工艺参数对铸坯表面温度、液芯长度和凝固坯壳厚度的影响,以及浇注工艺对连铸保护渣指标的影响.     

Simulation of low carbon steel solidification and mold flux crystallization in continuous casting using a multi-mold simulator

An inverted water-cooled multi-mold continuous casting simulator was used to investigate initial solidification of low-carbon steels and crystallization of mold flux. Embedded mold thermocouples showed characteristic temperature profiles dependent on parameters including casting speed, oscillation frequency, and stroke. Higher maximum temperatures for thermocouples at higher casting speeds, higher frequencies, and lower stroke lengths were observed. The surface of the as-cast steel strips showed oscillation marks similar to those of industrially cast slabs and higher casting speeds resulted in shallower oscillation marks. The measured pitch agreed well with the theoretical pitch suggesting the multi-mold simulator to be a cost-effective alternative to pursue fundamental studies on initial solidification in the mold. Analysis of the mold flux taken between the copper mold and solidified steel shell showed highly dendritic uni-directional crystallization occurring within the flux film suggesting that the heat transfer direction is dominantly horizontal towards the water-cooled copper mold. In addition, the solidified flux located at the upper to lower part of the mold suggested morphological differences in the size and shape of the crystalline phases indicating that crystallization ratio can increase depending upon the retention in the mold and subsequently decrease radiative heat transfer as the flux traverses down the mold.