基于ABAQUS的X70管线钢连铸板坯空冷的热力耦合分析

随着管线钢连铸板坯热送热装占比的升高,切割后的连铸板坯在相变、热应力以及温度的耦合作用下易形成质量缺陷,造成巨大的经济损失。以X70管线钢为研究对象,通过综合考虑材料热物性参数随温度的非线性变化及边界条件的设定,利用ABAQUS有限元分析软件对X70管线钢4 500 mm×2 300 mm×300 mm连铸板坯的单坯冷却过程进行热力耦合数值模拟分析。结果表明,铸坯重心平均散热速率为0.076℃/s,表面中心为0.084℃/s,表面与心部温差区间为100~210℃,并随着时间逐步减小。铸坯边部应力值为25 MPa,边部300 mm以内热应力大致相同,在200 MPa以内。结合温度场变化情况应尽量缩短切割到加热炉的时间,或增加保温措施以防止因热应力过大形成质量缺陷。

圆坯连铸结晶器温度场模拟与坯壳厚度预测

基于连铸圆坯结晶器温度与热流实测数据,建立了连铸圆坯凝固的三维传热模型,计算出结晶器和铸坯的温度场,并得到铸坯的固相率与坯壳厚度分布情况.温度计算结果与实测数据符合较好,表明此数学模型能够较为准确地反映实际情况.讨论了拉速、浇注温度等因素对坯壳厚度的影响,并对利用模型计算与经验公式计算得到的坯壳厚度进行了对比.

超宽板坯结晶器内流场和温度场的耦合数值模拟

以南钢3250超宽板坯结晶器为研究对象,基于商业软件FLUENT,建立了超宽板坯结晶器三维有限体积模型,对结晶器内钢液流动状况和传热行为进行了耦合数值模拟,研究了超宽板坯结晶器流场和温度场特征,考察了水口结构参数和结晶器宽度尺寸、水口倾角、水口插入深度、拉速、过热度及冷却强度对超宽板坯结晶器流场和温度场的影响,多组对比模拟计算结果表明,当浸入式水口出口倾角为15o,插入深度为120~150mm,拉速为1.2~1.4m/min时,结晶器自由液面速度和湍动能分布以及注流冲击点深度均较为适宜,流场较为合理;同时结晶器内钢液的温度分布相对均匀,有利于坯壳的均匀形成.数值模拟结果可为优化南钢超宽板坯结晶器浸入式水口结构以及确定合理工艺参数提供理论依据.

板坯连铸内外复合冷却流场和温度场耦合数值模拟

针对1240 mm×200 mm板坯连铸提出了一种钢水内外复合冷却技术,即在结晶器内设置内冷却器-U形管,起到提高传热效率改善铸坯内部组织之目的。运用流体力学分析软件,就内外复合冷却结晶器内钢水在流场温度场耦合作用下的凝固状况进行数值模拟,发现内冷却器可以使钢水的流动状态均匀和加快连铸坯的凝固速度。

连铸板坯凝固过程的数值模拟

为得到连铸坯凝固末端的液相穴分布,以便选取轻压下参数,依据实际生产中二冷边界换热条件,采用有限元法对连铸厚板坯冷却传热过程进行数值模拟,并用远红外测温仪测试并校准Q235B300 mm×1650 mm铸坯表面温度,得到了连铸坯在任意段截面的温度场分布、凝固末端液相穴形状及铸坯中心纵截面固相率分布.结果表明,可以根据铸机实际情况,在距液面17.6～23.7 m处选取合适的轻压下参数.

316不锈钢连铸工艺参数对结晶器内坯壳厚度影响模拟

为研究连铸过程中拉速及过热度对凝固传热的影响,采用商业有限元软件ANSYS,对316不锈钢板坯厚度生长情况进行了模拟.采用2-D模型,分别计算了拉速为0.4,0.5,0.6m/min及过热度为30,40,50℃时坯壳出口温度、坯壳厚度及表面温度的变化,探讨了坯壳生长及厚度变化规律.结果表明,拉速从0.4～0.6m/min变化,坯壳出口温度升高83℃、坯壳的出口厚度平均减薄3.2mm、表面温度随拉速提高而升高;过热度从30～50℃变化,坯壳出口温度升高20℃、表面温度平均升高20℃、坯壳的出口厚度平均减薄1.35mm.

基于有限元的板坯连铸凝固过程数值模拟

利用有限元分析软件Marc2003建立了板坯连铸凝固过程的二维数学模型。通过计算,可以得到连铸坯在任意段截面的温度场分布、凝固坯壳的厚度和相应的冶金参数。拉坯速度、过热度等工艺参数对温度场分布和凝固坯壳的生成影响很大,可以利用模型对工艺参数进行优化配置。

方坯连铸内外复合冷却流场温度场耦合数值模拟

针对165mm×165mm的Q235方坯连铸,提出了一种钢水内外复合冷却技术,即在"结晶器内设置内冷却器-U型管",起到提高传热效率的目的。采用CFD商用软件Fluent,就内外复合冷却结晶器内钢水在流场温度场耦合作用下的状况进行数值模拟。结果表明,内冷却器可以提高传热效率进而加快连铸坯的凝固速度,并且减少了注流的回流速度,使钢水的流动均匀,从而提高了连铸方坯的品质。

大规格AZ31镁合金板坯半连续铸造温度场数值模拟

针对实际情况采用传热系数修正的方法,模拟了AZ31镁合金大规格板坯(308 mm×810 mm)半连续铸造过程的稳态温度场,分析了铸造速度对板坯温度场的影响。结果表明,随着铸造速度增加,初凝壳位置下降,液穴深度增加,合理的铸造速度为30~35 mm/min。凝固过程中温度梯度绝对值的最大值出现在结晶器底端板坯与冷却水接触处。为降低液穴深度,在大规格镁合金板坯的生产中应使用分流槽或多入口的方式将高温熔体导流至横截面远端。

板坯连铸过程数值模拟分析

基于传热学基本原理、凝固理论和有限单元法,建立了凝固传热有限差分数学模型,对连铸凝固全过程进行模拟分析,结果表明,拉速越大,铸坯中心及表面温度越高,出结晶器坯壳厚度越薄;过热度增大,铸坯中心及表面温度均上升,出结晶器坯壳厚度减薄;冷却水量相对增大时,铸坯出结晶器坯壳厚度增大,二冷区温度下降较快。连铸坯凝固模型可用来确定常规拉速范围及不同拉速下的凝固壳厚度、凝固末端位置以及铸坯表面温度分布。

厚板坯连铸过程温度场数值模拟

结合某钢厂的连铸机生产实践,建立宽厚板坯连铸传热数学模型,利用商业软件ANSYS,通过改变拉速,过热度,二冷水量等条件,对Q345C厚板坯的凝固过程进行数值模拟,分析了不同因素对连铸凝固传热过程的影响.

宽厚板坯连铸结晶器流场、温度场及应力场的耦合数值模拟

利用Pro CAST软件对2400 mm×400 mm宽厚板坯结晶器建立三维动态模型,采用移动边界法实现结晶器内流场、温度场及应力场的耦合模拟.结果表明:考虑凝固坯壳的影响,下回流区位置向铸坯中心靠拢,真实反映了钢液在连铸结晶器内的流动情况.自由液面的钢液从窄面流向水口,速度先增大后减小,距水口约0.7 m处,出现最大表面流速,约为0.21 m·s-1.结晶器出口坯壳窄面中心厚度最小且由中心向两侧逐渐增大,最小厚度约为10.4 mm;受流股冲击影响较弱的宽面坯壳与窄面相比生长更均匀,宽面偏角部和中心的坯壳厚度分别为18.9 mm和27.6 mm.铸坯坯壳应力变化趋势与温度基本保持一致,表明初凝坯壳应力主要是热应力.结晶器内铸坯宽窄面上的等效应力均沿着结晶器高度下降方向呈增大趋势,铸坯角部、宽面中心及窄面中心位置的最大应力各约为200、100和25 MPa.

316不锈钢板坯结晶器内凝固过程模拟与验证

采用三维有限元技术,研究了连铸过程中高温区δ铁素体含量对钢水凝固的影响。通过对316不锈钢板坯浇铸过程的模拟,获得了凝固过程中δ铁素体含量对坯壳出口温度、角部温度及坯壳厚度变化的影响规律。研究发现铁素体含量能够极大增加坯壳纵向温度,但对横向温度的梯度的变化影响较小。通过分析横向温度的变化,确定在距角部40 mm左右处坯壳最薄。同时,也研究了出口坯壳厚度变化规律,随着δ铁素体含量的增加,出口处坯壳厚度逐渐减小,厚度差逐渐变大。

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。