基于反算热流的结晶器内流动--传热--凝固耦合模拟

基于Navier-Stokes动量方程和湍流低雷诺数k-ε方程,综合考虑能量守恒和钢液凝固与糊状区对流动过程的影响,建立了描述结晶器内钢液流动、传热及凝固过程的三维耦合数学模型。以实测温度和结晶器反问题模型计算出的热流为边界条件,模拟计算了结晶器内钢水的流动、传热和凝固行为。钢液流动决定结晶器内的温度和热流分布,铸坯凝固受钢液流动和结晶器热流双重因素的影响。建立的模型以及由此得到的铸坯凝固非均匀特征可为进一步考察浇铸过程中纵裂和其他表面缺陷提供借鉴和参考。     

板坯结晶器钢水凝固的数值模拟

以实测结晶器铜板温度计算的热流量作边界条件,采用有限元方法,建立了结晶器内凝固传热方程.对凝固传热方程进行了离散化,利用ANSYS商业软件进行求解,得到凝固坯壳的应力、应变情况,从而确定连铸结晶器壁的合理锥度.     

双带式薄板连铸数值模拟

建立了双带式薄板连铸凝固过程流动与热交换的数学模型。该模型适用于铸造合金凝固各区即液相区域，固相区和糊状区，能量方程和流动方程在车式错列钢格上离散成有限差分方程后用迭代法求解。计算出ＡＩＳＩ１０２０钢薄板连铸过程流场，温度场和凝固区的形貌，并模拟了浇嘴高板坯厚度对凝固过程的影响。     

纯金属Al热型连铸凝固过程数值模拟

采用交替显式直接差分法建立了热型连铸凝固过程温度场模拟的差分数值方法，并研究了不同工艺参数对温度场分布的影响．模拟结果表明，采用交替显示差分格式建立差分方程进行热型连铸过程温度场模拟计算，计算过程简单，所得计算结果严格收敛，说明交替显示差分格式建立差分方程的合理性，是一种较好的建立差分方程的方法．连铸速度对纯金属Al凝固时固液界面的位置影响较大，随连铸速度增大，液固界面位置从型内向型外移动，与实验结果一致，说明采用计算机模拟技术是可行的．     

板坯连铸拉坯过程的三维非定常数值模拟

采用基于焓-多孔介质方法的三维非定常数值模拟,通过分析拉坯过程中结晶器容腔体积的变化,对板坯连铸拉坯过程中结晶器内钢液的流动和凝固情况进行了研究。利用含预凝固区域的拉坯运动模型,采用热焓形式的能量方程描述溶液凝固熔化过程;并使用多孔介质方法模拟凝相物质对溶液流动的影响。分析结果表明,采用的计算模型和方法能够反映板坯连铸拉坯过程中复杂的传热、相变、流动和计算域变化过程,可用于板坯连铸拉坯动态过程的数值模拟。     

小方坯结晶器锥度优化

利用商业软件Thercast建立了描述水冷结晶器内钢液凝固传热和弹塑性变形的有限元模型,对凝固过程进行三维热力耦合求解。首先在坯壳表面施加热流密度,从而得到铸坯结晶器内凝固收缩量和坯壳温度分布,并分析钢水静压力的影响,提出结晶器锥度的设计原则,以确定合适的结晶器纵断面锥度。然后在结晶器铜管冷面施加水冷换热系数,并考虑保护渣和气隙对坯壳凝固的影响,研究坯壳在结晶器内的凝固过程,从而验证所提锥度的合理性。     

FTSC薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热的数学模拟

建立FTSC薄板坯连铸结晶器内铸坯的凝固传热模型,对凝固传热方程进行了离散化,应用大型有限元软件ANSYS对钢水凝固传热过程进行模拟求解,描述了凝固坯壳的温度分布与坯壳生长历程。模拟结果与连铸实际过程基本一致为制定合理的工艺参数、提高铸坯质量、减少漏钢发生提供了理论依据。     

FTSC薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热的数学模拟

建立FTSC薄板坯连铸结晶器内铸坯的凝固传热模型,对凝固传热方程进行了离散化,应用大型有限元软件ANSYS对钢水凝固传热过程进行模拟求解,描述了凝固坯壳的温度分布与坯壳生长历程.模拟结果与连铸实际过程基本一致为制定合理的工艺参数、提高铸坯质量、减少漏钢发生提供了理论依据.     

方坯凝固过程中夹杂物的运动轨迹

考虑糊状区多孔介质对流动的影响,建立了三维凝固耦合模型和夹杂物运动轨迹方程,并与CFXF3D软件包相结合,对方坯凝固过程中夹杂物颗粒的运动轨迹进行了数值模拟·结果表明:夹杂物颗粒在结晶器凝固过程中的运动轨迹与夹杂物在水口处的初始位置、夹杂物直径和结晶器内的流场特性有关;微观夹杂物易滞留于铸坯中,不易排除,直径较大的大颗粒夹杂物易于上浮排除;凝固对夹杂物的运动轨迹有显著影响,有利于夹杂物上浮去除;流场是影响夹杂物运动轨迹的主要因素·     

CSP结晶器内钢液流动及凝固的数值模拟

应用数值模拟方法,建立CSP漏斗型结晶器内钢液流动及凝固传热耦合模型。针对结晶器内铸坯角部受到强冷的特点,对结晶器内热流密度采用修正方程进行计算,分析热流密度修正系数对铸坯凝固坯壳表面温度计算精度的影响。通过比较不同拉坯速率下结晶器内钢液凝固的特点,研究凝固坯壳对结晶器内钢液流动行为的影响。结果表明,采用热流密度修正系数后,铸坯凝固坯壳角部温度的计算值与实际情况更相符;提高拉坯速率可使铸坯凝固坯壳厚度减小;拉坯速率较大时凝固坯壳厚度随铸坯距弯月面距离的增大基本呈线性增长,拉坯速率为3m/min时,凝固坯壳在生长过程中厚度的增长有短暂的停滞现象;凝固坯壳对钢液流动的影响较大,主要是由钢液有效流动区域减少及两相区额外动量阻损造成的。     

低碳钢连铸板坯表层凝固钩的特征

对不同浇铸条件下的低碳钢连铸板坯进行了凝固钩(Hook)的特征研究,根据凝固钩的形貌概括了凝固钩的不同类型,统计了凝固钩周围气泡和夹杂物的分布,讨论了不同浇铸参数对铸坯凝固钩深度的影响,并通过Bikerman方程和弯月面凝固理论对凝固钩的不同特征进行了解释.结果表明:按形貌可将凝固钩分为完整叶状、双凝固钩、弯曲截断型和二次凝固型四种类型,其中二次凝固型的凝固钩出现的概率最高为46.8%,而完整叶状、弯曲截断型和二次凝固型的凝固钩出现概率分别为25.3%、7.6%和6.3%;研究发现,凝固钩周围的夹杂物数量明显多于其他区域的夹杂物数量,说明凝固钩能够捕获结晶器内上浮的夹杂物;对比不同浇铸参数发现,采用结晶器电磁制动装置(FC-Mold)、减小结晶器水口浸入深度、增大浇铸拉速均能够减小凝固钩的深度;Bikerman方程的计算结果和弯月面凝固理论能在机理上解释凝固钩的形貌特征.     

镁合金凝固过程的温度场模拟

文章主要利用傅立叶传热方程以及相应的初始条件、边界条件,采用直接差分的方法,用C程序语言编写程序软件对镁合金的二维凝固过程的宏观温度场进行模拟,并且对凝固过程的宏观温度场的变化过程做出了动态演示。     

板坯连铸结晶器温度场的计算机仿真

提出一种计算结晶器内温度场的方法，方法的核心思想是基于结晶器中的温度分布和凝固壳的厚度分布是一个稳态的过程，从而得到流场和温度场稳态下的耦合模型，同时利用有效热容的概念来处理相变潜热源项，在程序编制过程中利用动态更新来实现凝固对物理量的影响。模型求解结果与漏钢试得到的凝固壳厚度进行了对比分析，从而证实了方法的正确性和实用性，还研究了板坯结晶器凝固壳厚度分布。     

连续铸铁管凝固过程数学模型

本文通过理论推导,建立了连续铸铁管凝固过程传热微分方程,用差分数值解法求解取得了满意的结果,最后用最小二乘法回归,求出固液界面的等温线方程。通过该模型可以方便地求出连续铸管的凝固时间,凝固层厚度,凝固层深度及内外壁凝固速度差。     

扁锭凝固和冷却过程的计算

与方型断面钢锭一样,扁锭的传搁时间表也可以用计算方法制定,但基本方程要用二维导热方程,故计算量较一维显著增多。 文中介绍了计算用基本方程和置换为显式差分格式的各差分方程,举例说明计算步骤及所得数据的实用价值。计算结果可以用来制定钢锭传搁时间表,确定钢锭凝固率,凝固层厚度以及钢锭含有的凝固潜热量,确定装炉热锭载热情况,并在此基础上制定扁锭的合理加热制度和加热时间等。计算还可用于均热炉计算机控制扁锭冷却数学模型的离线解析计算。 方锭是扁锭的一个特例,因此,扁锭计算完全适用于方锭。     

沟槽内壁结晶器铸坯初期凝固过程

以初期凝固坯壳为研究对象,在结晶器内壁纵向划分沟槽,建立数学模型,计算划分沟槽与不划分沟槽结晶器内铸坯的温度场和应力场,研究沟槽内壁结晶器对铸坯初期凝固过程的影响。结果表明,沟槽内壁结晶器可显著改善铸坯传热,降低坯壳应力并使其均匀分布。     

马钢一号水平连铸机工艺科研攻关

在马钢一号水平连铸机攻关期间,冶金系和热能系共承担了以下课题,作为鉴定材料,其内容简介如下: 1.水平连铸结晶器传热特性研究 建立了适用于水平连铸多级结晶器圆坯冷却二维数学模型,该模型特点是:(1)可以同时计算铸坯的冷却和结晶器传热;(2)考虑到沿铸坯圆周凝固速度不同而引入热流分布系数;(3)除考虑强制对流换热外,还考虑了局部过冷沸腾换热。通过大量的计算,提出了最佳冷却制度,现场热试过程中根据计算减小了冷却水量,提高了拉速,从而改善了铸坯质量。 2.水平连铸圆坯凝固特性研究 通过对多级结晶器热性能和坯壳凝固规律研究,得出以下看法:(1)采用小水量     

连铸坯截面尺寸对流动、凝固及溶质分布的影响

采用方坯连铸过程三维紊流、凝固传热及溶质传输的耦合模型,在其他模拟条件相同的情况下,研究铸坯截面尺寸对连铸过程的影响·结果表明,截面尺寸大者,入流速度大,更深浸入铸坯内部,带动较多钢液随之流动,在结晶器上部的紊流程度较高·对于FeC二元合金,由温度和溶质浓度共同决定了凝固坯壳的分布·小截面尺寸铸坯,溶质在各截面上偏析更为严重·其凝固坯壳也较薄,为防止拉漏,应采用长结晶器     

板坯连铸结晶器内温度/应力场耦合模型

考虑结晶器铜板中水槽的结构尺寸和分布、结晶器锥度对铸坯温度场和变形的影响,建立了连铸结晶器内热和应力状态的有限元耦合分析模型.利用该模型模拟了结晶器内钢水凝固过程温度分布和铜板的热机械变形,结果与实际符合较好.     

结晶器冷却强度对铸坯初始凝固均匀性的影响

通过建立结晶器二维非稳态传热模型,在考虑气隙及角部圆弧对铸坯凝固过程影响的基础上,研究结晶器冷却强度对铸坯初始凝固均匀性影响的规律.结果表明,在结晶器内初始凝固区域,铸坯近角部的坯壳厚度小于角部和表面中心处的坯壳厚度;结晶器冷却强度降低,坯壳厚度变薄,但周向均匀性得到改善.