薄板坯连铸结晶器内凝固坯壳的数值分析

首先建立三维热传导模型，用差分法计算得到薄板坯连铸结晶器内初生凝固坯壳的几何形状及温度场，并在此基础上采用三维热弹塑性接触有限元方法分析凝固坯壳的应力及变形。针对两种类型的结晶器作了计算分析，对两种拉速下的温度、应力、变形以及成裂指数变化规律进行了比较，所得结果对薄板连铸工艺参数的设计和控制具有指导意义。

计算板坯连铸结晶器速度场时计算方程的处理

对计算板坯连铸结晶器内三维速度场时常用的连续性方程的处理方法进行讨论，用有限差分法评述了处理此方程的新途径。

板坯连铸结晶器内钢液流动特征的模拟

研究了板坯连铸工艺参数对结晶器三维流场的影响.考察的工艺参数包括浸入深度、水口倾角和水口结构形状,考察指标为内部流场以及冲击深度和表面湍动能.利用CFX软件采用数值计算方法进行了实验模拟研究.模拟研究结果表明,水口浸入深度增加,熔池表面附近向上运动的回流区加大;水口倾角增大,上部回流区变大,下部回流中心下移;浸入深度增加,则冲击深度增加;水口倾角增大,冲击深度减小.浸入深度增加,表面湍动能减小;水口倾角增大,表面湍动能增大.本研究与实际工艺研究是相辅相成的,为工艺技术研究提供了一种灵活、方便、高精度的辅助工具.

复合磁场作用下板坯结晶器内钢液流动、传热与凝固的数值模拟

为利用板坯连铸过程中电磁搅拌技术和电磁制动技术各自的优点克服自身缺点,本文应用了结合电磁搅拌和电磁制动的分体式复合磁场并提出电磁制动的结构为单条型电磁制动,对板坯连铸结晶器流场和温度场进行控制.建立了该磁场下结晶器内钢液流动、传热、凝固耦合的三维数值模拟模型.对复合磁场给予结晶器内钢液流动及传热与凝固的影响进行了分析.结果表明:施加复合磁场后,结晶器内上、下返流流速明显减小,钢液主流股对窄面的冲击深度变小,上返流整体下移,弯月面钢液形成顺时针循环流;结晶器内整体温度分布更均匀,弯月面处温度较无磁场时基本不变;结晶器出口处凝固坯壳更为均匀,其厚度较无磁场下有所增加,钢液射流对窄面附近初生坯壳冲刷程度减小.

板坯连铸机结晶器内流场的有限元分析

应用有限元分析软件ANSYS热-流场耦合板块FLOTRAN CFD,模拟了武钢三炼钢板坯结晶器在相同浇铸温度下的流场分布情况。通过ANSYS模拟结果,分析了不同拉坯速度、浸入式水口的插入深度和水口出口张角对结晶器中钢液流场分布状况的影响,从而为提高钢液的清洁度和优化连铸工艺参数提供了依据。

1850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场与温度场数值模拟

为研究连铸工艺参数对结晶器内部钢液的作用规律,对涟钢1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场和温度场进行了系统的数值模拟,研究了不同吹氩量(0~7 L/min)、不同水口浸入深度(110~150 mm)和不同拉速(0.9~1.2 m/min)对结晶器内钢液行为的综合影响。结果表明,随着吹氩量增加,自由液面的钢液流速和温度总体呈现降低的趋势;随着水口浸入深度增加,自由液面的钢液流速先降低后增加;随着拉速增加,自由液面的钢液流速增加;水口浸入深度和拉速对温度场的影响较小。当吹氩量为5 L/min、水口浸入深度为130 mm、拉速为0.9 m/min时,结晶器自由液面具有较小的钢液流速和湍动能,同时液面具有较好的温度均匀性。通过数值模拟研究,为合理选择结晶器相关工艺参数提供了理论依据。

1300mm×230mm板坯连铸结晶器流场水模型研究

根据某厂的1 300 mm×230 mm大板坯结晶器生产情况,利用相似原理,采用1：2的物理模型,通过波高检测研究了水口底部形状、水口浸入深度及拉速对结晶器液面波动的影响,同时通过卷渣试验中的卷渣趋势来寻找较优流场。试验结果表明：在水口浸入深度为180~260 mm范围内,使用凸底水口优于凹底水口,液面波动随着拉速的增加而增加,随着水口浸入深度的增加而降低。当拉速为1.1~1.3 m/min,浸入深度为220~260 mm时,液面波动为±4 mm左右,无卷渣产生。

连铸板坯结晶器内钢液吹氩行为的数值模拟

以宝钢一连铸板坯结晶器为研究对象,采用多相流模型计算了吹氩后结晶器内钢液的流场、温度场及氩气分布.结果表明:吹氩后,结晶器内上回流区钢液的流动强度增大,下回流区变小;钢液的温度梯度减小,温度分布均匀;氩气的分布不均匀,上回流区钢液的含气率大大高于下回流区.

水口侧孔角度对不锈钢板坯连铸结晶器内流场和温度场的影响

利用数值模拟方法对比分析了不同浸入式水口倾角角度下结晶器内钢水流场和温度场的分布情况。结果表明,在同一结晶器断面宽度和工艺参数条件下,随着水口侧孔倾角角度的增加,侧孔注流在窄面的冲击位置上升,冲击强度减小,钢液面处钢水卷渣和液面裸露的几率增加,钢液面处钢水温度增加。其中,当水口侧孔角度为向上0°和5°时,钢液面处钢水表面流速变化相对较小,说明对于该断面不锈钢板坯,水口侧孔倾角角度在0°～5°范围内时在利于铸坯质量的提高.

板坯连铸结晶器内钢水偏流及其控制方法的思考

简述了板坯连铸结晶器内钢水偏流及其主要危害。作为例子,引录板坯结晶器内由SEN冻结和湍流引起的两个典型偏流的数值模拟结果。综述了控制偏流的非接接触的磁流体力学(MHD)技术及其效果,以及评估控流效果的检测方法。

不同宽度板坯结晶器内流场的水模型和数值模拟研究

采用1:0.8比例水模型和基于Fluent软件的数值模拟,实验研究了190 mm×(1500～1900)mm宽板坯连铸结晶器的流场。结果表明,在钢水流量不变的情况下,随着结晶器断面宽度的增加,流股的冲击深度增加,流股涡心高度降低,结晶器表面流速、液面波动、流股对结晶器窄面的壁面剪切力均减小,卷渣和液面裸露几率逐渐降低。在钢水流量不变的情况下,随着结晶器断面宽度的增加,若采用同一水口,可以适当减小水口插入深度。

巴西板坯连铸机结晶器液面控制系统

巴西国家黑色冶金公司,将在其3台2流板坯连铸机上全部装配结晶器液面控制系统。1993年春,订单已发给奥钢联自动化部。

关于板坯结晶器在线调宽时铜板划伤问题的研究

马钢四钢轧1、2#板坯连铸机结晶器多次发生铜板划伤问题,造成结晶器寿命缩短,在线调宽功能受限,对生产顺行、产品质量、下线维护等带来一系列的问题,困扰已久。本文由此展开研究,主要从结晶器本体设备和生产准备角度找出原因并提出解决方案。

结晶器内两相流物理模拟

本文使用粒子成像测速技术研究了连铸板坯结晶器内气-水两相流模型。在低气体载荷(气体和液体的质量流动速度之比)下气液两相的流场不同，随着气体载荷增加，两种流体的流场变得相似。在液相，射流根部浸入水口前和射流主体的角度是气体流量和拉速的复合函数。在所有实验的气体流量下，首先降低到浸入水口出口的角度，然后增加相同的角度。在不同拉速下，随着气体流速的变化，射流主体角度达到最大值时，射流根部的角度增加。在气体流速高时，射流主体角度接近浸入水口出口的角度。在高拉速下，不管气体流量的高低，在结晶器内都观察到气泡聚集的现象。气泡平均尺寸根据聚合破坏动力学随气体载荷变化。随着拉速增加，甚至在低气体流量的情况下，被气体卷走的液体也大幅度增加。对两相流动的进一步研究，可以通过改进数学模型的边界条件实现。

双条横稳电磁制动板坯结晶器内钢液流动与传热及凝固耦合的数值模拟

建立了板坯连铸结晶器内流动、传热和凝固耦合的数学模型,分析了在有无电磁制动下,结晶器内钢液流动、温度分布及凝固坯壳厚度的变化情况.结果表明,在电磁制动的作用下,从浸入式水口流出的钢液速度得到了抑制,引入电磁场能减小射流冲击深度,有利于稳定和减少钢液面波动和促进凝固坯壳的生长,拉速为1.1m/min时,结晶器出口处凝固坯壳厚度增加约2mm.

结晶器表面流速、涡心位置和流场流态在线预测

结晶器内钢液的流动状态直接影响铸坯的产品质量。浇铸过程中结晶器像“黑匣子”一样无法得知内部流场状态。以某钢厂板坯连铸结晶器为原型建立多相流数学模型,采用数值模拟方法计算不同浇铸参数下结晶器表面速度和流场流态分布。对计算得到的表面流速的最大值、涡心位置的坐标值和流场流态转变的临界条件进行拟合,得到不同浇铸断面和浇铸参数下表面最大流速、涡心位置以及流场流态转变的回归公式,并把计算结果搭建成数据库。再通过编程对数据库进行扩展,开发用户界面可视化软件。将预测模型接入连铸二级控制系统,实现了结晶器表面最大流速、涡心位置以及流场流态的在线预测。通过在线优化结晶器流场,实现超低碳钢的卷渣缺陷率控制在3%以下。

不锈钢板坯宽度对结晶器内钢水流动和温度状态影响

利用数值模拟方法对比分析了不同不锈钢板坯宽度下结晶器内钢水流动和温度分布情况。结果表明,在同一浸入式水口结构和工艺参数条件下,随着结晶器宽度的增加,侧孔注流在窄面的冲击位置下降,冲击强度减弱,钢液面处钢水卷渣和液面裸露的几率减小,但液面处钢水温度降低。其中,当铸坯断面大于1360mm时,结晶器内钢水对窄面中心的冲击速度和钢液面处钢水表面流速变化不大。综合表明,该水口浇注不锈钢板坯的适宜宽度范围为1360～1600mm.

连铸结晶器电磁搅拌技术的新发展

对连铸结晶电磁搅拌技术在国内应用及发展现状进行了概述。介绍了为解决结晶器电磁搅拌器安装位置高与弯月面波动的问题,过往国内外采用的一些技术思路,及目前国内重点采用的磁屏蔽新技术和研发出具有自主知识产权、高磁感应强度、高推力的全绕组板坯连铸结晶器电磁搅拌装置。

不同宽度板坯结晶器浸入式水口优化的水模研究

采用1:2比例水模型进行物理模拟实验,研究了230mm×(1030,1270,1520,1650)mm宽度的板坯连铸结晶器的流场,优化浸入式水口结构。结果表明,在钢通量一定的情况下,随着结晶器断面宽度的不断增大,同一水口的流股冲击深度增大,整个液面活跃程度逐渐降低,导致液面偏死。可以通过改变水口的比面积,侧孔倾角,高宽比等水口结构参数来适应不同宽度的板坯结晶器连铸工艺要求。

连铸结晶器的液压振动装置

法国索拉克公司弗洛朗热厂的双流板坯连铸机可浇铸190mm厚、900～1860mm宽的板坯。铸机曲率半径为10.8m,冶金长度为22m,标准铸速为1.2～1.4m/min,平均连浇炉数为6.8炉。该厂生产汽车用超低碳钢板,