双条型磁极对连铸结晶器内钢液流动特性的影响

在可实现振动,水冷及拉坯的连铸模拟装置上,采用双条型磁极,分别用低熔点Ｐｂ－Ｓｎ－Ｂｉ合金和硅油模拟钢液和保护渣,对连铸结晶器内的液态金属的流动特性进行了实验研究。研究结果表明：双条型磁极的作用使连铸结晶器内的液态金属中产生了环形电流,能有效地抑制水口出流速度,消除和削弱水口出流对初生坯壳的冲刷,能够有效地抑制弯月面波动,但当磁场强度增大到一定程度时,磁场的作用效果增加不明显。     

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ProCAST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.     

行波磁场对板坯连铸结晶器内钢水流态的影响

针对板坯连铸过程中, 结晶器内钢水在行波磁场(电磁搅拌)作用下的流动行为, 采用水银作为模拟工质进行模型实验, 并结合基于流场雷诺应力模型的数值模拟, 分析钢水的流动规律及其对连铸工艺的影响. 研究结果显示, 施加行波磁场(电磁搅拌)时, 结晶器内钢水注流的对称性发生了改变, 进流被电磁力推向一侧, 在结晶器内形成全区域的水平环流, 破坏了通常钢水注流所呈现的规律性上下环流; 在结晶器上部近液面区域内, 水口两侧的环流分别被压缩到靠近水口或窄面的位置, 从而使结晶器内流场趋于紊乱的三维流态; 同时, 液面波动幅度增大, 在钢水注流与电磁力反向的一侧, 液面波动更加剧烈.     

电磁控制下结晶器内流谱和夹杂轨迹的数值预测

对直线电磁铁作用下板坯连铸机结晶器内磁场、钢液流谱和夹杂物运动轨迹进行数值预测，并提出用壁面承受的剪应力的最大差值来标定液流对结晶器窄面凝固壳的冲击强度。结果表明，采用电磁控制（ＥＭＢ）时，结晶器内的钢液流谱能被有效地控制，水口钢液射流对结晶壁的冲击可大大减弱，源电流强度和线圈安放位置是决定控制效果的关键因素。     

板坯连铸电磁制动下结晶器内金属流场的数学物理模拟

采用雷诺时均湍流模型并结合水银物理模拟实验, 研究不同磁场配置下板坯结晶器内的金属流动规律, 并以此分析不同磁场配置对工艺过程的影响. 结果表明: 雷诺应力模型(Reynolds stress model, RSM)能够较准确地反映电磁制动(electromagnetic braking, EMBr)下金属流场的变化, 该变化引起水口射流及其对结晶器窄边冲刷强度的改变; 在全幅二段电磁制动下, 上部磁场对液面水平速度和湍动性的抑制作用明显, 但从化渣和降低冲击深度的工艺要求来看, 上部磁场强度不宜过大.     

板坯连铸结晶器内凝固坯壳的三维数值模拟

基于流场和温度场的计算,对断面为1 780 mm×225 mm的板坯结晶器进行数值模拟,考虑3种不同水口条件下,钢液流动对凝固壳的冲刷,计算出凝固壳厚度的三维分布特征,并与二维切片法的计算结果进行了对比。结果表明:有水口时结晶器角部位置凝固壳最大值为约45mm,宽面和窄面中心凝固厚度壳最大值为24mm,分别比无水口条件下凝固壳薄1~2 mm;钢液的扩散会使凝固壳在距离结晶器角部300mm和顶部400mm的位置形成约深度2.5mm的凹陷;同时钢液会冲刷整个结晶器窄面的凝固壳,在窄面中心最严重;对比不同的水口,凸底水口冲刷最大,凹底最小。     

薄板坯连铸工艺因素对结晶器非稳定流场特征参数的影响

利用波高仪和粒子示踪法在1∶1的水力学模型中研究了薄板坯连铸工艺参数对结晶器内非稳定流场特征参数的影响.结果表明:流场特征参数随时间变化具有一定的周期性.随着拉坯速度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高增加;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围增大,周期减小,结晶器内流动不稳定程度增大.随着水口浸入深度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围减小,周期增加,流场不稳定程度减小.随着水口出口角度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;对于较大的水口出口角,尽管结晶器内流场非稳定流动范围较大,但是流场的运动周期较大,液面波动的非稳定程度却较小.     

宽板坯连铸结晶器流场的数值模拟

针对某钢厂150 mm×1503 mm宽板坯连铸结晶器生产中出现的表面波动及卷渣情况,利用FLUENT软件对其进行了三维稳态数学计算.计算以流体表面流速为主要衡量指标,研究了出水口的倾斜角度、倒角形状对该水口作用下结晶器内流场的影响.计算结果表明,原型结晶器浸入式水口作用下,流场内的表面流速大,射流冲击深度小,液面波动大,卷渣严重.改变出水口的倾斜角度,结晶器内表面流速依旧较大,依然有较严重的卷渣现象发生.改用方案3出水口倒角形状改为相切后,表面流速由原型最大的0.6 m/s减小到0.2 m/s,冲击深度增加,流场改善,卷渣问题得到解决.     

水口侧孔倾角对大方坯结晶器流场和液面波动的影响

基于湍流模型与多相流模型的耦合,实现了对结晶器流动与自由液面波动行为的计算模拟.分析研究了不同侧孔倾角对对称多侧孔水口浇注大方坯结晶器内流场及自由液面波动的影响规律.结果表明:水口侧孔向下角度每增加5°,结晶器宽面和窄面冲击点位置分别下降约13 mm和10 mm;一定浸入深度下,钢水出口向下倾角的大小对大方坯结晶器液面波动影响不大,在3 mm以内;结晶器壁面附近的钢液较水口附近钢液活跃.推荐水口侧孔向下倾角为20°.     

连铸结晶器内钢液弯月面行为的研究

在自行设计的可以实现振动、水冷及拉坯的连铸模拟装置上，用低熔点的Ｐｂ－Ｓｎ－Ｂｉ合金模拟钢液，用硅油似保护渣对弯月面行为进行了研究，结果表明，增加过热度使得弯月面与结昌器壁的接触角变小，弯月面的高度降低；在弯月面区域加上电磁场时，变月面变结晶器中心拱起，其拱起程序随着电磁强度和磁场的增加相应增大，但液态金属高的过热度会弱电磁场的作用效果，结晶器振幅增大及拉速提高均会使弯月面处液态金属的波动程度增大     

恒稳磁场控制连铸结晶器内钢液流场热模拟实验

采用BiPbSn低熔点合金和硅油分别模拟钢液和保护渣,在实验连铸机上,对全幅双条恒稳磁场作用下的连铸结晶器水口区域的流场进行了热模拟实验研究·结果表明:电磁场对结晶器水口区域流场和水口出流流股的控制能力取决于磁感应强度和拉坯速度·磁感应强度大,拉坯速度高,控制效果好;反之,控制效果差·因此,结晶器流动控制技术更适合于高拉速的场合,而且磁感应强度不应低于某一定值     

Characteristics of shell thickness in a slab continuous casting mold

The key to reduce shell breakout in the continuous casting process is to control shell thickness in the mold. A numerical simulation on the turbulent flow and heat transfer coupled with solidification in the slab mold using the volume of fluid (VOF) model and the enthalpy-porosity scheme was conducted and the emphasis was put upon the flow effect on the shell thickness profiles in longitudinal and transverse directions. The results show that the jet acts a stronger impingement on the shell of narrow face, which causes a zero-increase of shell thickness in a certain range near the impingement point. The thinnest shell on the slab cross-section locates primarily in the center of the narrow face, and secondly near the comer of the wide face. Nozzle optimization can obviously increase the shell thickness and make it more uniform.     

高速板坯连铸结晶器内流场、温度场的数值模拟

本文利用商业软件ＰＨＯＥＮＩＣＳ，建立了一个三维有限差分模型，用来描述在高速板坯连铸结晶器内的钢液流动和热量传输过程。通过计算机模拟，分析了拉速、水口出口角度、插入深度、水口出口面积比等参数对结晶器内的流场和温度场的影响。在此基础上提出了适应高速浇铸的合理伸入式水口结构尺寸     

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.     

拉坯速度对连铸结晶器中流型结构影响的水模拟研究

根据相似理论 ,研究了 3种拉坯速度下结晶器中的流型结构 ,分析了它们对板坯缺陷形成的影响 .当拉速较大时 ,结晶器熔池顶面形成紊流 ,易卷入保护渣、气体等 ,从而形成缺陷 ,影响板坯质量 .此外 ,水口浸入深度越深及水口出口倾角越大 ,回流区内夹杂物越不易上浮 .