方坯连铸结晶器三维传热模拟

采用ANSYS有限元软件,以方坯连铸结晶器为研究对象,基于节点温度传递方法、利用ANSYS接触分析技术建立方坯连铸结晶器三维瞬态传热有限元模型,分析了结晶器内铸坯和结晶器铜壁的三维温度场及结晶器内铸坯坯壳分布规律。结果表明,弯月面区域铜壁温度较低,上口接近水缝内冷却水温度;弯月面下50 mm处结晶器铜壁温度最高,达到157℃;模型计算所得结晶器铜管高温区域形状与实际生产中下线铜管高温过烧区域形状基本一致;铸坯表面偏离角部30 mm处角部影响消失,铸坯表面温度趋于一致。     

弯月面热障涂层方法对结晶器传热及铸坯振痕形貌的影响

提出了一种在结晶器弯月面上方涂敷热障涂层,来抑制弯月面传热,进而控制铸坯振痕形成的新方法,称为弯月面热障涂层方法(TBCMM).利用模拟结晶器弯月面一维传热的测试装置,研究了热障涂层在结晶器弯月面的不同位置对传热的影响规律,分析了热障涂层抑制振痕形成的机理;在浸铸式连铸模拟机上,分别进行了结晶器有、无热障涂层的低熔点Sn-12.5%Pb合金的模拟连铸实验,获得了实测的弯月面温度波动曲线和铸坯,对比分析了弯月面热流和铸坯表面振痕形貌,证实了提出的TBCMM的有效性;最后,在中试实验连铸机上,研究了热障涂层对钢连铸坯表面质量的影响,获得了表面振痕减轻甚至消除的连铸钢坯.     

连铸Φ600mm大圆坯结晶器锥度设计

在连铸过程中,结晶器锥度对提高连铸机的产量,改善铸坯的质量,延长结晶器的寿命都起着决定性的作用。采用有限元方法计算了Φ600 mm大圆坯连铸过程铸坯的温度收缩、结晶器内温度分布及变形,并通过结晶器的内腔尺寸计算出圆坯结晶器锥度。结果表明:铸坯尺寸越大,结晶器长度应适量减小;如果采用双锥度,从弯月面到弯月面以下200 mm,结晶器锥度为2.33%/m,从弯月面下200 mm到结晶器出口锥度为0.78%/m;如果采用连续变化的锥度,锥度从最大的2.89%/m到最小值0.14%/m呈线性连续变化。     

高频调幅磁场下无结晶器振动电磁连铸技术的实验研究

研制了可以产生方波、正弦波及三角波3种波形高频调幅磁场发生器，并对其在结晶器内产生的磁场进行了测量．进行了3种波形高频调幅磁场下的无结晶器振动电磁连铸实验，结果表明：在方波、三角波和正弦波调幅磁场作用下的无结晶器振动电磁连铸过程中，当调制波频率略低于系统固有频率时，弯月面与结晶器壁间断接触距离最大，保护渣润滑效果最好，连铸过程拉坯阻力最小，连铸坯表面质量相对较好；在3种高频调幅磁场中，与三角波和方波相比，正弦波较易于减小拉坯阻力和改善铸坯表面质量。     

低碳低硅铝镇静钢铸坯表面凹陷的成因及控制

分析唐钢板坯连铸机生产的低碳低硅铝镇静钢铸坯表面凹陷缺陷的产生原因。结果表明,表面凹陷缺陷的产生由结晶器内弯月面处坯壳冷却不均造成,采取了防止结晶器跑锥,提高结晶器锥度,防止弯月面处铜板变形,选择合适性能的保护渣,选择合理的拉速、钢水过热度,合理控制结晶器流场等措施,最终消除了铸坯凹陷缺陷,提高了铸坯表面质量。     

连铸坯振痕形成机理及电磁控制技术

综述连铸坯振痕形成机理,特别介绍了最近提出的一种新的振痕形成机理,认为连铸过程中结晶器振动导致初始凝固坯壳的“温度波动”是铸坯表面振痕形成的一个重要原因。为减轻振痕,改善连铸坯表面质量,介绍了多种振痕控制技术和最近提出的两种电磁连铸新技术：调幅磁场耦舍结晶器振动的电磁连铸技术和调幅磁场下无结晶器振动的电磁连铸技术。     

连铸结晶器内铸坯凝固监视系统

连铸结晶器内铸坯凝固发生问题，会引起铸坯拉漏或表面质量缺陷。日本大同特钢公司知多厂在1号连铸机上，安装了结晶器内铸坯凝固监视系统，以便获得结晶器内铸坯的凝固信息，遇到异常时采取措施予以处理。结晶器内铸坯凝固监视系统主要由埋在结晶器铜板中的一组热电偶组成，埋设深度12mm，在结晶器宽面和窄面处分别有8个和6个热电偶，总计28个。热电偶测得的温度送到传送器。热电偶温度除了受铸坯凝固的影响外，还受结晶器液面波动和拉速的影响，所以液面和拉速信号也输入传送器，经传送器综合后，输入计算机处理，如果铸坯凝固不正常，则…     

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。     

EVOLVEMENT MECHANISM OF SURFACE OSCILLA- TION MARKS ON ROUND BILLET DURING SOFT–CONTACT ELECTROMAGNETIC CONTINUOUS CASTING

在实验室立式连铸机上对碳素结构钢Q235B进行了电磁软接触连铸实验,测量了结晶器内磁场分布和Sn--Pb--Bi合金熔体弯月面形状. 结果表明,采用电磁软接触连铸技术, 可以显著改善铸坯表面质量; 当电源功率达到最佳值时, 振痕完全受到抑制, 铸坯表面光洁; 但当电源功率过大时,铸坯表面出现波浪形振痕. 分析认为, 铸坯表面质量得到改善是高频电磁场的Lorentz力效应和Joule热效应共同作用的结果;当电源功率过大时, 分瓣结晶器 内的磁场分布不均匀,沿结晶器周向呈波浪形分布, 加之钢水液面波动也更加剧烈,因此在铸坯表面产生波浪形振痕.     

电磁软接触连铸圆坯表面振痕演变机理

在实验室立式连铸机上对碳素结构钢Q235B进行了电磁软接触连铸实验,测量了结晶器内磁场分布和Sn-Pb-Bi合金熔体弯月面形状.结果表明,采用电磁软接触连铸技术,可以显著改善铸坯表面质量;当电源功率达到最佳值时,振痕完全受到抑制,铸坯表面光洁;但当电源功率过大时,铸坯表面出现波浪形振痕.分析认为,铸坯表面质量得到改善是高频电磁场的Lorentz力效应和Joule热效应共同作用的结果;当电源功率过大时,分瓣结晶器内的磁场分布不均匀,沿结晶器周向呈波浪形分布,加之钢水液面波动也更加剧烈,因此在铸坯表面产生波浪形振痕.     

软接触结晶器电磁连铸保护渣道的动态压力

通过模型实验，测量了在不同强度高频电磁场作用下液态金属弯月面形状，计算了保护渣道宽度及在结晶器振动一个周期内保护渣道动态压力变化情况．结果表明，高频电磁场能够显著减小保护渣道内动态压力的变化，这是软接触结晶器电磁连铸技术改善铸坯表面质量的一个可能机理．计算还表明，磁场强度的增加并不能无限制地减小保护渣道内动态压力，为获得最佳的铸坯表面质量，存在一个最合适的磁感应强度．     

方坯软接触电磁连铸初始凝固区高频磁场的分布

通过实验检测和数值模拟方法研究结晶器切缝形式，弯月面位置以及感应线圈匝数等因素对坯软民磁连铸结晶器内高频磁场分布的影响，分析结果表明，采用通体切缝形式的结晶器具有比封闭切缝形式结晶器更好的透磁性，增加感应线圈匝数时，可增大高频磁场在铸坯初始凝固区的有效范围，当液态金属弯月面位于感应线圈上沿附近时，高频磁场地初始凝固区的有效作用范围较大，电磁压力分布的不均匀程度较大，有助于获得高表面质量的铸坯，通过拉坯实验获得了表面质量得到明显改善的Sn-10Pb合金铸坯。     

高频电磁场对15CrMo连铸坯表面质量和等轴晶率的影响机理

采用小线圈法对结晶器内的磁场分布进行了测量,并对结晶器内磁场,电磁力和钢液流速分布进行了数值模拟.在实验室连铸机上进行了合金结构钢15CrMo的连铸实验,对连铸坯表面形貌进行了观察与分析.提出了高频电磁场对连铸坯质量影响的机理:施加高频电磁场后,保护渣通道拓宽,铸坯与结晶器壁间的渣道动压减小,有效地抑制了铸坯表面振痕的产生;受电磁场Joule热以及保护渣热阻增加的影响,已结晶同相的温度梯度减小,柱状晶生长受到抑制.此外,实验测量和数值模拟结果表明,由于磁场在拉坯方向分布不均匀,在弯月面区域形成上,下2个,,向相反的涡流,钢液环流造成固/液界面前沿液柑的温度梯度减小,有利于形成成分过冷而获得发达的等轴晶组织.     

保护渣黏度对连铸润滑影响的模拟仿真

保护渣的黏度是评价连铸过程润滑效果的重要指标,合适的黏度是保证连铸过程均匀润滑和传热的关键。基于多相流和热焓-多孔介质模型,建立了二维非稳态模型研究结晶器振动过程弯月面处液渣的流动行为,对比了不同黏度的保护渣的润滑过程的差异。黏度测试结果表明,超低碳钢保护渣添加质量分数9%的Al₂O₃后,保护渣高温(1 300 oC)黏度明显升高,黏度-温度曲线特征表明保护渣逐渐由结晶渣变成玻璃渣。计算结果表明,黏度增大后,弯月面处液渣的流动速度减小,液渣膜厚度减薄,渣消耗量减少,且在不同的振动周期内液渣膜厚度和渣消耗量变化无明显的周期性变化。     

Influence of Joint EMSFN and M-EMS on Fluid Flow in the Mold During Continuous Casting

Homogenization of physical properties and the chemical composition through the control of liquid metal flow is essential during the continuous casting production of billets. This work was aimed at obtaining improved finished products via continuous casting that implements two magnetic fields. These fields were realized via two electromagnetic stirring processes implemented in a single process: one in the nozzle and one in the mold. The qualitative effects of applying double electromagnetic stirring (EMS) were verified through numerical simulation of 178 mm?×?178 mm square billets exposed to double electromagnetic fields during the continuous casting process. The accuracy of the numerical calculations was verified via physical experiments. In addition, the final simulation results were compared with the intermediate results, to determine the true effects of different EMS on the metal flow in the mold. The results revealed that casting using EMS with different directions of magnetic field in the mold and the nozzle has the best effect on the distribution of the fluid flow and minimal influence on the stability of the meniscus and yields the minimum metal-jet penetration into the mold.     

Water Modeling of Self-Braking Submerged Entry Nozzle Used for Steel Continuous Casting Mold

Slag entrainment in a continuous casting mold is one of the major causes of macro nonmetallic inclusions in continuous casting steel products. Stabilizing the level fluctuation is an important factor to improve steel quality. A new type of submerged entry nozzle (SEN) named self-braking SEN was designed. In the current study, water modeling experiments were performed to study the effect of self-braking SEN on level fluctuation in a continuous casting slab mold. The level position and the root mean square value of level fluctuation were analyzed through the online detection data. The results showed that the flow in the mold was more symmetrical and the tracer dispersion was more uniform. Moreover, the meniscus was also more uniform than the conventional nozzle with the self-braking SEN, especially at high casting speed.     

间歇式高频磁场作用下保护渣浸入深度的计算模型

在间歇式高频磁场作用下,通过高速摄像机测并研究了熔融金属弯月面的形状及其波动行为、建立了保护渣浸入深度的理论计算模型,经与实验结果比较,计算值与实验值吻合,由此提出在钢的连铸过程中采用间歇式高频磁场代替结晶器机械振动的可能性。     

静磁场对吹氩结晶器内弯月面行为的影响

用Pb-Sn-Bi液态合金模拟了吹氩和施加静磁场时结晶器内弯月面处的流动现象,观察磁场对吹氩引起的弯月面失稳的抑制作用.结果表明,施加磁场改变了Ar气泡通过弯月面的漂浮分布规律,加强了气泡在水口和窄面之间的漂浮,使Ar气泡在结晶器宽度方向上漂浮分布更均匀,减小了水口附近由于大量气泡上浮对液面的扰动.施加0.5 T磁场能对水口出流以及吹氩所产生的液面波动产生抑制作用.由相似准则推得,应用在实际连铸机上抑制吹氩板坯连铸结晶器内液面波动的合适磁场强度为0.36 T.     

宽厚板坯结晶器内气液界面波动行为规律的实验研究

通过物理模拟研究了2200×280mm2宽厚板坯结晶器吹氩时其内界面波动行为,考察了吹气量、拉速对结晶器内液面波动的影响规律。结果表明：结晶器吹氩后,各气量下液面平均波高均增加了1.2倍以上,且液面影响的区域集中在距水口2/3断面宽度范围内,弯月面附近的波动影响则较小。与常规板坯结晶器内液面平均波高随吹气量、拉速的增加而增大的规律不同,本实验中随这两个工艺参数的增加液面平均波高均先增大后减小。本文从实验条件下得出了控制液面波动的最佳气量。