漏斗结晶器热应力的研究

用 Algor有限单元处理软件对漏斗结晶器的热应力进行了分析计算 ,得出其分布规律 ,找到了一种对结晶器寿命有利的约束方式。

新型电磁制动下漏斗形结晶器流场的数值模拟

针对薄板坯漏斗形结晶器宽侧壁形状的不规则性,设计了新型全幅一段电磁制动装置.通过改变其在竖直方向的位置高度和磁通势（电流和匝数乘积）的大小,采用数值模拟的方法分析了电磁制动作用下钢液流场分布.结果显示,两种参数的改变对磁场分布趋势的影响不大,结晶器内的磁场分布不均匀,最大磁感应强度的区域位于磁场中心位置略向下靠近结晶器窄壁处.通过与未施加电磁力的结果比较,电磁制动的位置高度在250-300 mm,磁通势为8 000 A或以上时,结晶器内的钢液流股被抑制,流场情况得到显著改善.

漏斗结晶器的分析与研究

用 Algor有限单元处理软件对漏斗结晶器的温度场与热应力进行了分析计算 ,得出了它们的分布规律 ,并找到了一种对结晶器寿命有利的约束方式 ,为以薄板坯连铸机为龙头的薄板坯连铸连轧生产线在我国顺利投产打下基础。

新型电磁制动漏斗形结晶器内复杂行为的数值模拟

针对漏斗形结晶器的不规则外形开发了新型电磁制动装置,建立了三维物理模型和数学模型.分别借助ANSYS模拟了电磁场,FLUENT模拟了钢液湍流、传热以及凝固.磁场计算结果通过线性插值导入流场,采用等效比热容法处理潜热.钢液拉坯速度为5.5 m/min,水口浸入深度为300 mm.研究了新型电磁制动装置相对结晶器的位置高度和磁动势对钢液流场、温度场及凝壳的影响.结果显示,新型电磁制动装置上表面距离自由液面为250 mm时的制动效果要好于300 mm的情况.对于所选取的流场参数而言,磁动势为8 kA.n即可,磁动势过大会消耗更多的电能,造成不必要的浪费.

薄板坯连铸漏斗结晶器的工艺特性分析

通过不同结晶器漏斗及窄边形状和不同的保护渣的对比试验,在平整工序逐卷检验热轧板卷纵裂缺陷,确定了控制低碳钢表面裂纹缺陷的最佳工艺技术路线。在此基础上,研究了薄板坯纵裂的发生机制和漏斗结晶器的连铸工艺特性,为控制薄板坯纵裂提供依据。

BSP漏斗型结晶器内钢液三维流场计算机模拟

应用数学模型对BSP漏斗型结晶器内钢液的三维流动过程进行了计算机模拟研究,通过研究两种不同水口设计条件下结晶器内钢液流动,找出了两种水口设计的优缺点,水口A设计要明显优于水口B方案.并且提出了实际使用过程中各自的注意事项,为实际生产提供了技术指导.

本钢薄板坯连铸机长漏斗形H2结晶器应用浅析

本钢薄板坯连铸生产线采用了组合式长漏斗形H2(高拉速、高质量)直结晶器。结晶器系统引进了意大利达涅利公司设计的"漏钢预报"这一先进技术。在生产实践过程中,该系统在结晶器液位控制和在线调宽等功能上凸显了优越性,能够满足现场的实际使用要求。

漏斗形结晶器的主要特点

漏斗形结晶器的创新点在于其打破了传统板坯连铸结晶器在任意横截面均相同的限制,其结晶器腔内凝固壳的形状及大小按非矩形截面逐步缩小的规律变化。但是,钢液在这种结晶器内凝固时要产生变形,

新型薄板坯连铸结晶器内腔形状设计

由于结晶器内坯壳应变至断裂主要是受应变速率的影响,应变速率的增大或突变均会使临界应变值降低,因此必须控制坯壳变形过程中的应变速率。基于此,根据薄板坯连铸结晶器内凝固坯壳收缩的特性,设计开发一种新型薄板坯连铸漏斗形结晶器。其特点是漏斗区曲线曲率连续变化,曲率变化率小且恒定,铸坯应变速率不突变,改变已知漏斗形结晶器内腔组合曲线的G1连续为G2连续。创建结晶器漏斗区横、纵向曲线的表达式,并根据坯壳凝固收缩特性和变形机理编程计算构造漏斗区曲面。建立新型漏斗形结晶器内铸坯的热力耦合有限元模型,分析计算宽面坯壳表面应力分布,并与进口技术进行对比。结果表明,结晶器坯壳表面应力水平下降20%,特别是在现有技术生产的铸坯易发生裂纹处,坯壳应力下降更加显著,应力下降达35%。因此该技术能够有效地减小铸坯裂纹形成机会,提高铸坯质量。

电磁制动对CSP结晶器内流动和传热的影响

采用数值模拟方法,通过计算1 500 mm×90 mm CSP漏斗型结晶器内磁场、流场和温度场分布,研究了CSP漏斗型结晶器采用不同浸入式水口条件下电磁制动对钢液流动和传热行为的影响.研究结果表明,施加电磁制动后,采用牛鼻子水口的结晶器内流股冲击深度变小,自由液面最大速度从0.231 m/s降至0.067 m/s;采用双侧孔水口的结晶器内钢液主流股向上弯曲的趋势消失,流股对结晶器窄侧壁的冲击强度减弱,结晶器上部回流钢液速度减小,自由液面最大速度从0.798 m/s降到0.140 m/s.综合比较采用两种水口时电磁制动对钢液流动和传热行为的影响,采用双侧孔水口时制动效果较好,有利于提高铸坯质量.

电磁制动对CSP漏斗型结晶器流场和液面波动的影响

针对铸坯断面为1 500 mm×90 mm的漏斗型结晶器,在拉速为5 m/min的条件下,通过耦合湍流模型、多相流模型以及电磁制动模型,计算了电磁场作用下结晶器内流体流动与液面波动特征。数值模拟结果表明,应用电磁制动能显著改变结晶器内钢液流动行为,使结晶器内流场分布更加均匀。此外,当施加的磁场强度为0.2和0.3 T时,结晶器最大液面波动高度从未施加电磁制动时的15 mm减小至9.2 mm和2.33 mm。综合考虑到电磁制动效果与生产成本,合理的磁场强度应控制在0.2～0.3 T。

薄板坯连铸漏斗形结晶器内卷渣行为物理模拟

针对高拉速下薄板坯连铸结晶器内的液面卷渣问题,建立了1∶1水力学模型,采用水/真空泵油模拟钢/保护渣介质,研究了连铸拉速、水口插入深度、保护渣黏度对漏斗形结晶器内液渣层变化及卷渣行为的影响。结果表明,随着拉速提高,结晶器内液面波高升高,液面高度自窄边向水口方向逐渐降低,液渣层厚度相应由薄变厚,导致结晶器窄边附近钢液裸露;结晶器内窄边至水口之间1/2处波高变化较大、液面流速最大、易发生剪切卷渣。在试验条件下,采用增加水口插入深度、降低最高拉速、适当提高保护渣黏度等方法,使液面速度小于0.486m/s的临界流速、液面波动指数F数小于5.45,可防止结晶器内产生剪切卷渣。然而,这些手段不能避免结晶器内水口附近的旋涡卷渣,这是因为薄板坯连铸钢通量大以及漏斗形结晶器和鸭嘴形水口容易形成负压旋涡造成的。

马钢CSP工艺漏斗型结晶器铜板温度检测及传热分析

为了获得求解薄板坯流动、传热凝固模型的合理热流边界条件,并为揭示结晶器铜板及铸坯裂纹的形成机理提供参考依据,应用马钢薄板坯连铸机中结晶器温度监测软件在线采集了不同工况和不同时刻的铜板温度,分析了结晶器铜板温度的变化规律;在此基础上,结合实际冷却参数和铜板实测温度,计算了在不同拉速下浇注断面分别为1 275 mm×70 mm和1 525 mm×70 mm的SPHC钢种时的结晶器热流场。结果表明,相同条件下结晶器铜板温度和热流密度的分布具有相似的规律性,它们在结晶器纵向上呈逐渐下降趋势,而在横向上也存在明显的波动,靠近弯月面时这种波动尤为剧烈;采用相同水口和结晶器浇注宽度分别为1 275 mm和1 525 mm的铸坯时,结晶器铜板温度和热流密度在宽度方向上的分布总体上分别呈现为"M"和"W"形状,即铜板温度及热流密度的最高值分别位于铜板宽度方向的1/4处和中心线部位;拉速为4.5 m/min时,结晶器铜板最大热流密度可达到4.6MW/m2。

CSP连铸机漏斗形结晶器开浇过程中暂态流动现象的数值模拟

建立了用于描述紧凑式热带工艺(CSP)连铸机漏斗形结晶器开浇过程暂态流动现象的三维数学模型,利用流体体积(VOF)模型对自由液面进行描述,模拟结果通过相关文献得以证实.结果表明,填充过程中,从钢液射流分离出的液滴及射流冲击自由液面溅射的液滴均有可能与结晶器铜板接触;引锭杆启动时,自由液面波动剧烈,最大波高约为25mm,稳定液面在引锭杆启动后约80.0s获得;拉坯过程中,钢液自由液面稳定时,结晶器内部流场存在明显的偏流现象;自由液面稳定时,引锭杆离弯月面约3m.

电磁制动对CSP漏斗形结晶器开浇过程影响的数值模拟

建立了描述电磁制动(EMBr)下CSP漏斗形结晶器开浇过程暂态流动现象的三维数学模型,研究不同磁场强度对开浇过程中结晶器内流场影响。利用流体体积方法(VOF)捕捉钢液-空气界面。采用动网格模型实现引锭杆的移动。研究结果表明:电磁场可显著抑制钢液湍流流动,降低引锭杆启动瞬间的弯月面波动;开浇过程电磁制动的使用可改善拉坯过程中结晶器内钢液流态;电磁制动的使用可将自由稳定时间提前约10s;使用电磁制动可明显减轻漏斗形结晶器内钢液偏流现象。

宽度对CSP漏斗形结晶器电磁制动效果影响的数值模拟

铸坯尺寸是影响电磁制动效果的重要因素。以某钢厂薄板坯CSP漏斗形结晶器为研究对象,建立了描述CSP漏斗形结晶器电磁制动的三维数学模型,研究宽度对电磁制动效果的影响。研究表明:3种铸坯宽度下,电磁制动均可使涡心位置上移并降低下部漩涡范围;电磁制动可降低自由液面水平方向流速,抑制弯月面波动,提高弯月面温度;在结晶器出口处,使用电磁制动可使铸坯宽面坯壳厚度更均匀并提高窄边凝固坯壳厚度;随铸坯宽度增加,电磁制动效果变得不明显。

漏斗形结晶器宽度对流动、传热凝固行为影响的数值模拟

改变薄板坯连铸结晶器的宽度可以适应客户对不同规格铸坯的需求,因此有必要对不同宽度结晶器钢液流动、传热凝固行为进行研究。采用耦合模型,研究拉速4.0 m/min时,宽度1 100、1 300、1 600 mm漏斗形结晶器钢液流动、传热凝固行为。结果表明,结晶器宽度增加,自由液面状态相对传统板坯表现出一定差异,钢液内夹杂物上浮更困难。宽度改变对传热凝固的影响主要体现在沿水口射流方向的局部区域,结晶器出口处凝固坯壳薄弱区随宽度增加而扩大。

漏斗型结晶器内金属变形行为分析

漏斗型结晶器内腔曲面形状的优化设计是确保薄板坯连铸高拉速的核心和关键。本文对自主开发的双弧和椭圆漏斗型结晶器内腔曲面形状特性进行研究,利用有限元软件MARC模拟了铸坯经过结晶器的过程,确定不同结晶器内腔形状对坯壳变形分布的影响,用以对比结晶器曲面形状优劣,指导和改善结晶器曲面设计特性,使之更加科学合理。

浸入式水口对薄板坯结晶器内钢液流动的影响

为适应某钢厂新的生产线,提高其连铸连轧效率,重点探究、揭示了浸入式水口开口个数对薄板坯结晶器内冶金行为的影响规律。研究采用有限元软件ANSYS Fluent,针对高拉速(5m/min)薄板坯漏斗型结晶器在不同水口结构下的流动和传热行为进行三维数值模拟仿真,并分析比较模拟结果,结合液面波动指数F数,择出最优的水口。结果表明:在流场分析中,两孔水口弯月面处的最大流速为0.709m/s,三孔水口和四孔水口最大流速相近,分别为0.575、0.578m/s,两孔水口对自由液面造成的扰动更大;在温度场分析中,两孔水口顶面温度范围整体较高,温度最大值出现在窄壁处;三孔和四孔水口顶面最大温度均1810K以下,且三孔水口高温区域较大,有利于保护渣的熔化。计算F数可得F_(2)为4.09、F_(3)为2.65、F_(4)为2.88。三孔水口F3数值最小(F_(3)<F_(4)<F_(2))。且F_(3)=2.65<3,说明此水口条件下的波动规律优于常规板坯常规水口的最优数据,最终择出三孔水口为最优水口。

薄板坯连铸漏斗型结晶器内流动、传热和凝固行为的数值研究

针对薄板坯连铸漏斗型结晶器,建立了钢液流动与凝固传热的三维耦合模型,在不改变造型复杂的水口和漏斗型结晶器的尺寸和结构的前提下,计算分析了不同操作参数——拉坯速度和浇注温度对结晶器内流场、温度场和凝壳的影响,同时采用了第二类和第三类两种不同的热边界条件进行了流场和温度场的分析。计算结果表明,钢液凝固壳及糊状区对结晶器内钢液的流动有很大影响,采用第二类热边界条件能够更真实地反映出结晶器内流动对传热的影响。