Analysis of Thermal Behavior for Beam Blank Continuous Casting Mold

Finite element models of steady heat conduction for cross section of beam blank mold were developed by using ABAQUS software. The effect of mold grinding thickness, cooling water velocity, diameter of restrietor rods and water channel design on hot face temperature was analyzed in detail. Attention was focused on the peak temperature and temperature uniformity along hot face. The results showed that the peak temperature of existing mold, about 337.2 ℃, is located in the fillet, and two valleys of hot face temperature are found in flange corner and junction of wide face and narrow face, respectively. Decreasing mold thickness, increasing cooling water velocity and increasing diameter of restrictor rods can all reduce peak temperature and improve temperature uniformity along hot race at the expense of lower overall temperature. Redesigning the water channel can decrease peak temperature and thermal gradient of mold without lowering overall temperature of hot face. In particular, the small hole design can improve temperature uniformity across hot face and obtain the best advantage.

马钢小异形坯表面纵裂纹控制工艺研究

针对马钢小异形坯表面纵裂纹指数较高的问题,对小异形坯轧后裂纹与保护渣组成进行分析,且对结晶器内流场与温度场进行模拟。结果表明,保护渣变性以及小异形坯管式结晶器流场与传热不均是导致小异形坯表面纵裂纹的主要原因。针对小异形坯表面纵裂纹产生的特点,开发小异形坯保护浇注工艺以及优化结晶器均匀传热工艺,可使小异形坯表面纵裂纹指数由100 mm/m以上降至30 mm/m以下,轧后裂纹修磨率也由4%左右下降至1%以下。

结晶器内异型坯应力与裂纹关系数模研究

针对马钢三钢厂异型坯结晶器 ,建立了相应的数学模型 ,利用有限元软件ANSYS的流热耦合功能计算了钢水的凝固过程 ,采用等效比热法考虑了凝固潜热。在此基础上耦合计算了连铸坯的热应力 ,以及成裂指数 ,计算结果和现场规律吻合 ,为现场工艺优化提供很好的参考作用。

异型坯连铸结晶器传热行为的数值模拟研究

利用ABAQUS有限元软件建立异型坯连铸结晶器铜板的三维有限元模型,并通过ABAQUS用户子程序施加传热边界条件,对现有的异型坯结晶器铜板温度场进行数值模拟研究,重点分析铜板热面温度的分布规律,并对其进行优化,得到合理的温度场分布。给出了水槽和水孔中冷却水流速、铜板厚度以及拉坯速度等工艺参数对结晶器铜板温度场的影响规律,为异型坯连铸结晶器和生产工艺参数的优化提供理论依据。

异型坯连铸双浸入式水口浇铸技术模拟研究及工业实践

通过数学物理模拟以及工业应用实践,研究了异型坯结晶器内单、双浸入式水口浇铸时流场特征及实际冶金效果,优化了双浸入式水口的设计参数。模拟研究结果表明,双浸入式水口浇铸有利于异型坯结晶器内流场的均匀性和对称性,避免了单水口浇铸时局部区域流体流动强烈现象,改善结晶器液面的稳定性和波动均匀性;双浸入式水口最优设计参数为底孔直径23 mm、腹向侧孔直径14 mm、翼向侧孔直径10 mm、侧孔倾角6°。工业实践表明,异型坯连铸双浸入式水口浇铸技术使结晶器内流场分布更合理,液渣层分布更均匀,结晶器粘结漏钢发生率下降32.8%,废品率降低20%,平均连浇炉数增加近3倍,提高了连铸生产效率。

连铸异型坯结晶器铜板冷却水缝优化设计

建立了异型坯结晶器铜板二维传热模型,应用有限元软件进行求解,分析了不同水缝设计方式下铜板热行为,重点考察了结晶器铜板热面温度峰值和温度均匀性。结果表明:原异型坯结晶器铜板温度峰值为339.6℃,位于R角处,结晶器铜板翼稍两侧均出现温度低谷。增加R角水孔内限流杆直径或将R角限流杆由光滑杆改成螺旋杆均可明显降低铜板温度峰值和温度梯度。此外,在R角增加小孔或将R角小孔改成大孔也可强化R处传热,提高铜板温度均匀性。然而,改善铜板传热效果的最佳办法是重新设计水缝,非均匀分布的等径小孔和非均匀分布的环形水缝加小孔两种水缝设计可有效提高铜板使用寿命、改善铸坯质量,在现场试验效果良好。

包钢异形坯兼容大方坯连铸机工艺装备特点

介绍了包钢新建的一台3机3流异型坯兼容大方坯连铸机的工艺参数与技术装备特点,包括180t钢包回转台、90t高低腿式中间罐车、弧形板式结晶器、DYNAFLEX液压振动装置、扇形段、拉矫机、火切机、钩钢机等,为同类连铸机的建设提供了参考和借鉴。

非平衡布流异型坯结晶器水口结构优化的物理模拟

以0.7∶1的几何相似比建立了异型坯结晶器的钢液流动物理模拟,研究了不同结构浸入式水口对结晶器各位置响应时间以及液面波动的影响。结果表明:现有直通型水口结晶器内流场分布极不对称,结晶器各位置响应时间相差较大,液面波动保持在±3 mm以内的比例为96.3%。最优改进方案水口(三侧孔型水口)有效的解决了结晶器各位置响应时间较长且不一致的问题,结晶器液面波动±3 mm以内的比例达到99.7%,液面波动±5 mm以内的比例达到100%。

超薄大断面异型坯结晶器非对称流场和温度场的优化

建立0.7∶1的水力学试验模型优化水口结构来改善超薄大断面异型坯结晶器流场,并对实际生产工况下结晶器及其二冷段内钢液的三维流场和温度场进行了数值模拟。结果表明,现有直通型水口结晶器内流场分布极不对称,结晶器内各位置响应时间相差较大,造成结晶器内温度、成分等分布不均匀。优化后的三侧孔一底孔型水口浇铸有效地解决了结晶器各位置响应时间较长且不一致的问题,有效改善了单点直通型水口浇注时的严重不对称流场,浇注侧和非浇注侧的温度差异明显缩小,沿拉坯方向的温度变化也较为合理,有利于良好凝固坯壳的形成,为实际生产提供了指导。

异型坯结晶器单锥度优化

针对异型坯连铸过程中出现较多表面裂纹的问题,使用多载荷步法建立了铸坯在结晶器内传热、凝固及收缩的热力耦合分析模型。根据气隙的计算结果,基于气隙最小化原则,对异型坯各面进行单锥度优化,确定单锥度优化的最佳方案。结果表明:对翼缘端面、窄面均进行两次锥度优化计算,锥度分别为0.81%/m、0.38%/m;翼缘斜面与R角部分采用-1.44%/m的正锥度相对合适。经过计算,现场使用的结晶器锥度过大是异型坯容易产生表面裂纹的主要原因,建议减小锥度。