连铸板坯凝固传热模型研究及应用

依据板坯连铸机工艺条件，利用铸坯凝固过程传热数学模型计算了铸坯凝固过程温度场分布和坯壳生长情况，并探讨连铸工艺因素对铸坯温度和凝固过程的影响，示例性的提出了提高铸坯温度的工艺手段。     

Development of soft reduction zone prediction model for medimn-thick slab continuous caster

以鞍钢股份有限公司炼钢总厂四工区中厚板坯连铸机为对象，基于凝固一传热学基本理论，建立了板坯连铸三维凝固传热计算模型。该模型根据二冷区铸坯表面实际水流密度分布和辊子接触传热建立边界条件，计算出整个铸坯固相分数分布，并实现了不同钢种和不同工艺条件下铸坯的凝固末端位置的可视化处理，确保现场工艺人员能够针对不同钢种制定相应的轻压下工艺，为新钢种生产工艺开发创造了有利条件。     

AH32钢板坯连铸凝固传热过程数值模拟

建立了板坯连铸过程中,垂直拉坯方向传热的二维切片跟踪铸坯凝固数学模型.利用有限元软件ANSYS对板坯连铸凝固过程进行了瞬态热分析,并进行了射钉实验验证.对不同的过热度,不同的拉速(1.0和1.1 m/min)条件下,切片各点随时间变化的温度分布,以及铸坯壳厚度进行计算,并确定凝固末端位置.结果表明:随着过热度、拉速的增加,凝固末端位置距离结晶器液面变远;在合理的范围之内,拉速增加,铸坯表面温度增加,有助于防止铸坯表面裂纹的产生及提高板坯的生产效率.     

连铸板坯二维纵向切片热力耦合模型研究

采用纵向切片法建立板坯二维热力耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS对板坯的传热和鼓肚行为进行模拟,分析了连铸工艺参数对D36铸坯凝固和变形的影响。结果表明,随着拉速及浇铸温度提高和比水量下降,铸坯的表面温度升高,坯壳凝固减缓,而鼓肚量逐渐增加。与浇铸温度和比水量相比,拉速对铸坯凝固和变形的影响更加显著。     

基于有限元法优化低碳钢板坯连铸机结晶器锥度的设计

钢厂1^#连铸机以0.95 m/min拉速生产SS400,D36和X70钢150~180 mm连铸板坯时,易产生角部纵裂纹,发生率最高可达5%。利用商业有限元软件ANSYS,建立了板坯连铸结晶器二维切片式凝固传热数学模型,并采用传热和应力/应变直接耦合的方法对连铸过程结晶器内凝固传热进行计算,分析了各钢种在0.95~1.05m/min拉速下铸坯温度分布以及温度分布不均引起的热应力。工业试验结果表明,根据优化计算结果,将板坯结晶器窄面的锥度系数由原来的1.00%改进为1.10%后,有效地消除了1^#连铸机板坯的角部纵裂纹。     

结晶器在线监控集成系统的开发与应用

基于板坯连铸结晶器实测的瞬态温度数据,在对结晶器与铸坯传热行为进行反问题计算的基础上,采用并行计算方法,构造出兼顾模拟准确性与实时性的传热反问题并行计算模型,有效解决了模拟计算准确性与实时性间的矛盾,同时借助Visual C++和OpenGL技术,开发出二维、三维的结晶器传热可视化方法,建立了面向在线的结晶器传热与铸坯凝固实时计算及可视化系统。为实时提供结晶器传热与铸坯凝固状态的瞬态信息,精确把握和控制结晶器传热和连铸坯的凝固过程提供了有利支持。     

板坯连铸结晶器内坯壳凝固收缩的数值模拟

利用ANSYS商业有限元软件,建立了板坯连铸结晶器二维凝固传热数学模型。采用传热和应力、应变直接耦合的方法,对结晶器内钢液在浇铸过程中的凝固传热进行了数值模拟分析,并对同一拉速下的3个典型钢种和同一钢种在不同拉速下的铸坯窄面温度分布和收缩量进行了讨论。结果表明:在结晶器出口处,3个钢种板坯窄面中心温度高低顺序为:X70SS400/D36;3个钢种板坯窄面中心收缩量大小顺序均为:X70D36SS400;同一钢种的拉速增加0.1m/min,铸坯窄面中心温度升高23.75℃。     

热送热装工艺中板坯连铸过程传热的数学模型

建立了板坯连铸过程传热数学模型，并用实测数据对计算结果进行了验证，证明该模型可用于预报不同操作条件下板坯凝固过程中温度的变化和凝固状态。应用该模型分析了影响板坯出连铸机温度的主要因素：板坯尺寸、拉速、二冷水量及冷却方式等。适当提高拉速、改善二冷制度能提高铸坯出连铸机温度。     

板坯连铸结晶器倒角结构和锥度研究

针对板坯连铸铸坯常出现角部横裂纹缺陷,建立了板坯连铸结晶器与铸坯二维瞬态热力耦合有限元模型,研究了板坯结晶器窄面铜板在不同倒角结构和不同锥度情况下铸坯的凝固收缩行为,计算了铸坯在结晶器内的温度和应力分布情况。模型较全面地考虑了保护渣和气隙对传热的影响。数值模拟结果表明：结晶器窄面铜板倒角过大或过小,都不利于铸坯温度的均匀分布;对断面厚度为230mm的铸坯,窄面铜板采用20mm～25mm ×45°;倒角及抛物线锥度时,铸坯表面温度分布最均匀,最大平面主应力分布较合理,角部出现横裂纹的可能性会大大降低。     

宝钢1930mm板坯连铸凝固传热模型的研究与开发

以二维非稳态传热数学模型为理论基础,结合铸坯在连铸二冷区的实际热量散失规律,将二冷区相邻夹辊之间传热分为夹辊接触传热、水聚集蒸发传热、水冲击传热和辐射传热四个过程,并根据宝钢一炼钢板坯连铸机具体条件,建立了宝钢1930mm板坯连铸凝固传热模型.利用面向对象的VB6.0高级语言对模型进行编程,开发出相应的连铸二冷仿真软件.利用红外线测温仪采集铸坯温度,对模型结果进行验证,现场铸坯测温和仿真结果比较得出偏差范围为0.9%～2.8%,说明仿真模型和仿真结果真实可靠.利用该仿真软件可以对宝钢1930mm连铸机的二冷工艺制度进行研究和优化,指导连铸生产.     

薄板坯连铸连轧辊底加热炉内传热过程的数学模型

研究了包头钢铁(集团)公司薄板坯连铸连轧厂辊底加热炉内的传热过程,在辐射平衡态的条件下建立了炉内辐射与板坯、炉衬固体壁相耦合求解的炉内热过程数学模型,其中辐射传递方程的求解采用离散坐标法.采用控制体积法对数学模型进行离散,自主开发了辊底加热炉型的通用热过程模拟软件,经计算得到炉气、板坯温度沿炉长的分布,炉子出口处板坯温度与生产实测值的最大误差小于10%.该软件对理论研究和生产实践具有一定的指导意义.     

Optimal control of secondary cooling for medium thickness slab continuous casting

Abstract

A software to simulate the solidification, heat transfer and water flowrate distribution in slab continuous casting was developed by establishing a mathematical model for the heat transfer and solidification in medium thickness slab casting. This model was validated by pin shooting and surface temperature measurement experiments. A reasonable target surface control temperature was found by testing the high temperature mechanical properties of Nb bearing ship plate steel, and then the water flowrate of each loop of the secondary cooling zone was determined by the software. The influence of uneven secondary cooling in the slab width direction on the quality of the slab was also investigated, which provided data for the optimisation of the secondary cooling of the slab caster. On the basis of the above research, an optimisation scheme for a secondary cooling system was proposed. Experimental results showed that the quality of the slab was significantly improved after optimisation. The centreline macrosegregation was reduced, and the ratio of equiaxed grains was increased by 3·18%. In addition, the transverse cracking of the slab was almost eliminated.     

Numerical simulation of fluid flow and solidification in continuous slab casting mould based on inverse heat transfer calculation

Abstract

A mathematical model based on an inverse heat transfer calculation was built to determine the heat flux between the mould and slab based on the measured mould temperatures. With K–? turbulence model, a mathematical model of three-dimensional heat transfer and solidification of molten steel in continuous slab casting mould is developed. Solidification has been taken into consideration, and flow in the mushy zone is modelled according to Darcy’s law as is the case of flow in the porous media. The heat flux prescribed on the boundaries is obtained in the inverse heat conduction calculation; thus, the effect of heat transfer in the mould has been taken into consideration. Results show that the calculated values of mould temperature coincide with the measured ones. Results also reveal that the temperature distribution and shell thickness are affected by the fluid flow and heat transfer of slab which is governed by the heat flux on the mould/slab interface.     

漏斗形薄板坯结晶器内铸坯传热分析

 为了更好地研究FTSC结晶器内铸坯的凝固过程,基于节点温度传递方法建立薄板坯结晶器内铸坯三维瞬态传热数值模型,采用有限元软件ANSYS模拟结晶器内铸坯三维稳态温度场。对比分析平板形及漏斗形结晶器内铸坯传热规律,探讨了漏斗区传热特点。结果表明,漏斗区内钢水存储空间增大,总热容量增加,漏斗区铸坯宽面表面中心温度升高,坯壳厚度减薄。FTSC结晶器宽面出口温度、坯壳厚度连续变化,与漏斗形布置一致。     

液芯压下过程中压下量分配对铸坯变形的影响

为了优化液芯压下工艺参数,达到改善铸坯中心处偏析和疏松的目的。基于有限元法,以结晶器出口处薄板坯横截面的温度为初始条件,利用Marc软件模拟计算了薄板坯三维热-力耦合模型带液芯压下过程,分析了压下量分配对铸坯各节点应力和应变的影响。研究结果表明,总压下量相同时,均匀的压下量有利于降低铸坯表面的应力,而局部大压下更有利于改善铸坯的中心质量。     

薄板坯连铸结晶器铜板温度及热流密度分布

薄板坯连铸结晶器的传热过程直接影响到铜板的寿命,有必要研究薄板坯连铸结晶器的传热特征。为了研究薄板坯结晶器的热流密度,通过开发的结晶器温度监测软件检测了珠钢结晶器铜板的温度。根据在线实测的铜板温度以及薄板坯连铸机冷却参数,建立了薄板坯结晶器铜板传热模型,计算并验证了结晶器热流密度的分布函数,同时通过二次回归得出了结晶器热流密度与结晶器高度的关系式。结果表明,在宽度方向上铜板温度和热流密度的分布具有相似的规律性,距离弯月面越近,热流密度和温度的波动越大。弯月面处热流密度值大于4．2MW／m^2,是造成结晶器铜板被侵蚀的主要原因。     

Optimisation of a slab heating pattern with various skid button heights in a walking-beam-type reheating furnace

A three-dimensional heat transfer model considering various skid button heights for the prediction of the temperature history of steel slabs was performed in order to obtain the optimal heating pattern of these slabs with minimum energy consumption in a walking-beam type reheating furnace. An algorithm was developed using a simplified conjugated-gradient method combined with a shooting method and was used as an optimiser to design the furnace temperature distribution. The effect of the skid button heights on the design requirements, such as the energy consumption necessary for heating a slab, skid-mark temperature uniformity at the furnace exit and slab discharging temperature, was investigated. The parametric study results indicated that the skid-mark temperatures significantly decrease with increases in the skid button heights. In addition, the optimal designs suggested lower energy consumption for heating a slab and improved skid-mark temperature uniformity as compared to the original operating conditions in a steel plant.     

薄板坯连铸结晶器钢液流动数值模拟

以唐钢第一炼钢厂薄板坯连铸机为背景,利用商业模拟软件FLUENT,根据热轧薄板厂目前连铸操作的工艺参数,采用湍流模型建立数学模型,模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液流场分布情况,系统地研究了水口结构、水口上出口倾角在指定拉速、浸入深度下对结晶器内流场的影响,为水口优化提供理论依据。在固定拉速和指定的浸入深度条件下,通过对比分析几种不同水口结构对结晶器内流场及温度场影响规律,最终确定采用五孔水口上出口倾角取15°为最佳水口结构方案。     

CFD仿真技术在板坯加热炉的应用

以某公司热轧厂常规与双蓄热烧嘴组合供热的板坯加热炉为研究对象,建立该加热炉炉内流动、传热和燃烧过程三维物理数学模型,并运用CFD仿真技术对其进行数值计算,得出炉内速度场和温度场的分布规律。同时,研究了板坯和烟气之间传热特性。