冷却水量对无氧铜连铸坯凝固传热影响规律的研究

结晶器是板坯连铸机的核心部件。掌握板坯在不同冷却水量条件下其内部的温度场分布情况以及铸坯在结晶器出口处温度与冷却水量的关系,对优化工艺参数、提高铸坯质量有决定性的作用。以某铜加工厂连铸机为研究对象,通过ESI PROCAST专业铸造软件对其温度场进行数值模拟,探究冷却水量大小对温度场及凝固场的影响,得出冷却水量越大,温度降低越快,凝固越快的结论;通过MATLAB拟合函数,找出铸坯在结晶器出口处温度与冷却水量之间的函数关系。     

锡磷青铜水平连铸坯凝固组织的数值模拟

水平连铸是锡磷青铜板坯生产的主要方式,凝固过程在结晶器内部进行,故凝固过程一直是“黑匣子”,为探索水平连铸工艺参数变化对铸坯凝固行为的影响规律,建立冷却参数与铸坯宏观组织之间的内在关系,本文对水平连铸锡磷青铜合金凝固过程中的晶粒生长进行准确建模并分析,研究牵引机拉速对铸坯温度场和凝固组织的影响。结果表明：铸坯出口温度随牵引机拉速增加而线性增加;提高牵引机拉速会使凝固位置外移、糊状区宽度增加、液穴深度增加,晶粒生长方向与牵引方向的夹角增大,心部等轴晶数目增加以及晶粒平均尺寸减小。     

二冷区位置及冷却水量对无氧铜薄板坯连铸过程的影响

以某铜加工厂无氧铜水平连铸机列实验结果为依据,利用PROCAST对无氧铜薄铸坯水平连铸过程二冷区位置及冷却水量进行分析。结果表明:降低结晶器冷却水量,加入二冷区有利于在减小热应力的同时满足该铜加工厂对铸坯出结晶器后的温度要求;二冷区的冷却水量越大,铸坯最终趋于稳定时的温度越低;因出结晶器后为空冷,二冷区位置不同对铸坯出结晶器后温度影响较小。     

镀锡基板板坯连铸传热分析

针对某钢厂板坯连铸的实际生产情况,考虑铸坯的遗传特性,建立板坯连铸的二维传热分析模型。根据铸坯的传热和运行特点,利用有限元软件ANSYS对连铸坯在结晶器和二次冷却区的凝固传热过程进行了模拟,分析了不同工艺条件对铸坯传热的影响。通过模型计算所得热流与冷却水量、进出口水温差等数据进行对比,对对流传热系数进行反复修正,使模型更加吻合实际生产。     

锡磷青铜水平连铸结晶器一次冷却优化设计

设计的新型结晶器是在结晶器的上表面增加了出水口的数量,使结晶器上下表面的出水口不对称,克服由于铜液的重力使铸坯在下表面先结晶的缺点,在减小铸坯下表面的冷却强度的同时,还提高了铸坯的结晶中心线,使铸坯的成分均匀,进而改变了铜液对下表面凝壳的压力,降低引锭阻力,使下表面的石墨板的寿命变长。由于上下表面的冷却强度趋于一致,故减少了铸坯中存在的缺陷,使带材的成品率明显提高。     

特厚板坯结晶器截面尺寸对其流场和温度场的影响

建立了特厚板坯结晶器三维流动、传热和凝固耦合数学模型。根据不同规格板坯实际工况,对比分析了特厚板坯结晶器宽度和厚度变化对结晶器内流场和温度场的影响。结果表明,结晶器宽度增加时,流股冲击深度增大、冲击强度减小。特厚板坯连铸过程中液面流速较常规板坯偏低,流速随宽度增大而减小,水口附近存在低流速区,不利于保护渣的熔化。宽度增加时坯壳的厚度趋于均匀,中心流股对坯壳的冲刷强度是影响坯壳均匀性的主要原因。结晶器厚度增加时,流股冲击深度基本一致,冲击速度下降,液面流速亦随之减小。厚度增加时坯壳不均匀性呈增大趋势,温度场均匀性是影响坯壳均匀性的主要原因。     

结晶器内铸坯三维传热分析

基于连铸过程中铸坯温度场遗传特性,采用节点温度逐层传递模拟铸坯的运行,提出了一种结晶器内铸坯三维传热分析方法。利用有限元软件ANSYS建立结晶器内铸坯三维瞬态导热数值模型,分析结晶器内铸坯稳态温度场。运用建立的分析模型,对浇注SPHC板坯凝固过程进行模型分析,阐述了分析方法和过程。     

应用Fluent对40Cr管坯水平连铸过程中温度场及传热的研究

以水平连铸40Cr圆坯结晶器内温度场分布为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内40Cr钢液温度场分布及凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析.分析结果表明:水平连铸拉坯工艺参数:拉速V=2.35 m/min,浇注温度T=1540℃,中间包过热度△T=36℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高.采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效地分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,制定合理的拉坯工艺参数,减少管坯缺陷的发生,提高铸坯质量.     

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。     

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。     

Cu-12%Al线材连续定向凝固最大稳态拉坯速度

将结晶器移出感应加热器,使连续定向凝固时固液界面控制在结晶器出口;结合传热边界条件,求解连续定向凝固熔体区、液/固界面、空冷区和水冷区的一维稳态温度场方程,得出线坯最大稳态拉坯速度随熔体温度、结晶器长度、冷却距离和冷却水流量的变化规律;并基于直径为6 mm的Cu-12%Al(质量分数)线材制备的工艺条件,对理论解进行实验验证和讨论.结果表明:Cu-12%Al线材的最大稳态拉坯速度随熔体温度升高而降低,且降低速率逐渐减小,其中在1 150～1 300 ℃范围内降低37.3%;最大稳态拉坯速度随结晶器长度增加而增加,且增加速率逐渐减小,其中在20～40 mm范围内增加28.5%;最大稳态拉坯速度随冷却距离增加而降低,且降低速率逐渐减小,其中在4～12 mm范围内降低68.8%;冷却水流量在100～400 L/h范围内最大稳态拉坯速度变化不明显.当固液界面前沿温度梯度小于2.02 ℃/mm时,实际拉坯速度无法达到理论最大稳态拉坯速度;当固液界面前沿温度梯度大于4.17 ℃/mm时,最大稳态拉坯速度实验值和理论值吻合较好.     

铜薄板连铸过程中的温度场模拟

基于傅立叶导热微分方程,建立了薄板坯连铸过程中凝固传热的数学模型,编制了预测连铸过程中温度场分布的计算机模拟程序.利用该程序计算了不同拉速及冷却条件下,铜薄板连铸过程中温度场的分布,并分析了拉速、冷却条件对铸坯温度的影响.模拟结果表明:拉速提高,出坯温度明显升高,因此为了防止拉漏,关键是选择合理的拉速;同时,冷却条件也是影响结晶器温度场分布的重要工艺参数之一;模型计算得出的铸坯温度与实测值基本相符,温度误差在10℃以下,计算结果可优化连铸工艺参数.     

应用Fluent对水平连铸40Cr管坯温度场分布及传热的研究

本文以水平连铸40Cr圆坯结晶器内温度场分布为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内40Cr钢液温度场分布及凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析。研究发现：水平连铸拉坯工艺参数：拉速V＝2.35(m/min),浇注温度T＝1540℃,中间包过热度ΔT＝36℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高。研究表明,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,并进一步制定合理的拉坯工艺参数,降低管坯质量缺陷的发生,提高铸坯质量。     

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     

帘线钢82B小方坯电磁搅拌结晶器多场传输行为

连铸电磁搅拌结晶器内钢液流动、传热、传质和凝固行为十分复杂且对铸坯质量影响巨大,为了进一步揭示电磁搅拌结晶器内多物理场传输行为及其相互影响规律,建立了电磁场作用下三维多物理场耦合连铸凝固模型,模拟研究了结晶器电磁搅拌对帘线钢82B小方坯连铸过程的影响。结果表明,随着搅拌电流强度增大,钢液流动加强;结晶器出口附近铸坯中心纵向流速先减小,进而流速反向,之后反向的流速增大,促进热量散失,加剧了小方坯皮下负偏析,同时促进了钢液池溶质浓度提高。当搅拌电流为280 A时,搅拌器中心铸坯横截面上最大切向速度达到0.23 m/s,距离弯月面1.5 m位置,负偏析低谷碳的质量分数为0.706%,铸坯中心碳的质量分数达到了0.872%。     

板坯连铸浇注过程通用仿真分析软件的开发与应用

基于考虑全面的铸坯传热凝固模型和有限差分数值方法，开发了CISDI板坯连铸浇注过程通用仿真分析软件CCPS0FFLINE。该软件内嵌一维传热和二维传热两大计算模块，包含正向仿真预测、二冷水量优化、二冷回归分析、结晶器振动参数计算和切割定尺计算等重要功能模块。软件具有强大的计算功能，能获得包含铸坯温度场分布状况、铸坯应变分布情况、铸坯凝固生长规律、铸坯热流散失情况、轻压下控制工艺参数、结晶器窄面锥度、铸流锥度、板坯质量缺陷判断以及钢种两相区凝固特性等与板坯连铸浇注过程密切相关的冶金信息。软件具有较好的适用性和通用性，已成功应用于多台板坯连铸机的工程设计实践之中。     

水口结构对连铸GCr15钢二冷区温度场的影响研究

以连铸GCr15钢二冷区钢液凝固过程为研究对象,基于有限体积法建立铸坯流场和温度场三维模型,分析不同水口结构对连铸GCr15钢二冷区温度场分布规律的影响。结果表明,与直通水口对比,旋转水口能增强结晶器内旋涡流动,二冷区出口凝固率较大。增加侧出口数目,铸坯温度降低速率加快。但钢液结晶会释放大量潜热,坯壳增长速度没有温度下降速度快。     

拉速对紫铜水平连铸坯凝固行为及组织场影响规律研究

水平连铸是生产铜板带坯的常用方法，探索工艺参数变化对铸坯质量的影响规律十分重要。采用数值模拟的方法分析了水平连铸拉速变化对结晶器内温度场、液穴深度、冷却速率等的影响规律，并结合工艺试验揭示了拉速变化对铸坯组织的影响机理。结果表明，随着铸坯拉速的不断提高，结晶器内的液穴深度持续增加，铸坯表面和芯部沿牵引方向的冷却速率均逐渐降低，且二者的冷却速率差值逐渐减小，当拉速为149 mm/min时，二者冷却速率达到相同；随着铸坯拉速的不断提高，铸坯截面上晶粒生长方向与牵引方向的夹角θ逐渐增大，晶粒生长距离缩短，铸坯表面上晶粒数目增加，平均晶粒直径从1.96 mm逐渐减小到1.05 mm，整体组织均匀性明显提高。     

低碳钢薄带双辊连铸凝固过程的数值模拟

结晶辊的温度场分布对薄带连铸凝固过程有重要影响。采用商业软件ProCAST模拟了低碳钢薄带双辊连铸凝固过程,并在此基础上考虑了结晶辊转动、水冷强度及结晶辊涂层种类对薄带连铸凝固过程的影响。结果表明:当水冷对流换热系数为250 000 W/(m~2·K)时,铸辊转动10 s后,其温度场基本达到了稳定状态,薄带凝固厚度从热循环开始时的1. 004mm减小至稳定状态的0. 976 mm;当水冷对流换热系数从5 485 W/(m~2·K)→40 040 W/(m~2·K)→250 000 W/(m~2·K)逐渐增加时,铸辊外表面最高温度从686. 4℃→586. 7℃→556. 4℃逐渐降低,薄带连铸整体温度场的温度不断降低;导热系数相近的涂层对薄带连铸凝固过程的影响不大。     

连铸板坯宽面边部纵向凹陷的预防

国内钢厂连铸板坯生产过程中,铸坯宽面边部纵向凹陷频发,严重时影响了连铸坯的表面质量,并造成轧材缺陷。主要分析了连铸板坯宽面边部纵向凹陷的形成原因,讨论了影响边部纵向凹陷产生的因素。结合生产现场试验,通过优化结晶器流场、优化结晶器锥度以及加强结晶器足辊段窄面的冷却强度等一系列有效的措施,使连铸板坯宽面边部纵向凹陷得到了有效的预防,连铸坯表面质量显著改善。