连铸结晶器摩擦力在线检测方法研究

对液压振动下的板坯连铸结晶器摩擦力检测方法——摩擦功法进行了研究,阐述了摩擦功法的检测原理和实现方法,并通过现场试验对检测方法误差进行了分析和验证.基于板坯连铸结晶器摩擦力的现场实测数据,讨论了拉速变化对摩擦力影响,并对正弦和非正弦振动方式下的摩擦力检测结果进行了分析.结果表明,运用摩擦功法进行摩擦力检测,能够很好地反映铸坯与结晶器之间的摩擦和润滑状况,为摩擦功法用于液压振动下铸坯与结晶器之间摩擦力的在线检测提供了理论参考和实验依据.     

板坯连铸结晶器及振动装置的研究

从传热学和结构力学角度，分析了结晶器的温度场和应力场，采用解析法和有限元法计算了结晶器的热应力和变形。针对原来的正弦振动机构存在的问题，提出了改进方案：采用椭圆齿轮变速器实现非正弦振动，并分析了改造后的结晶器的振动规律。同时，对结晶器与板坯之间的摩擦力加以分析。采用非正弦振动使负滑脱时间短，正滑脱时间长，结晶器向上运动速度与铸坯运动速度差较小。振痕深度大为减轻，减少坯壳与结晶器的摩擦力，减少粘结漏钢，提高连铸机拉坯速度，铸坯表面质量明显提高。     

板坯连铸结晶器异常预报方法研究

结晶器是钢水凝固成型的核心设备,其内部的传热和摩擦直接决定铸坯的表面裂纹和满钢等各类异常.是实现高效连铸的关键因素.基于功率法检测到的板坯结晶器摩擦力实测数据,对摩擦力的异常预报方法进行了研究.建立了以BP人工神经网络为基础的异常预报模型,并开发出相应软件.对应现场的异常记录,离线预报结果表明:软件能够对满钢、水口断裂及液位波动等各类异常进行预报,并具有一定的预报提前量.证明了方法的可行性,并显示出极大的应用潜力.     

连铸结晶器内三维流动过程的数值计算方法

应用数学物理模拟方法，对板坯连铸结晶器内的钢流流动现象进行了俩面说细的研究，同时，还研究了不同工艺参数对结晶器内流场的影响，在此基础上，开发了应用微机计算三维两相流动的模拟软件，计算机结果与激光测速结果对比分析，证明该软件是可靠的，能用于预测结晶器流场和设计水口的工艺参数，数学模型中对壁面函数方法，压力降阶法等的处理提出了新见解，在此基础上研制了一种新型改进型水口，并作了初步工业实验，效果良好。．     

板坯连铸结晶器及振动装置的研究

从传热学和结构力学角度,分析了结晶器的温度场和应力场,采用解析法和有限元法计算了结晶器的热应力和变形.针对原来的正弦振动机构存在的问题,提出了改进方案:采用椭圆齿轮变速器实现非正弦振动,并分析了改造后的结晶器的振动规律.同时,对结晶器与板坯之间的摩擦力加以分析.采用非正弦振动使负滑脱时间短,正滑脱时间长,结晶器向上运动速度与铸坯运动速度差较小.振痕深度大为减轻,减少坯壳与结晶器的摩擦力,减少粘结漏钢,提高连铸机拉坯速度,铸坯表面质量明显提高.     

邯钢连铸板坯结晶器内流场的水模拟研究

用水力学模拟实验方法研究邯郸钢厂板坯结晶器内流场,分析在确定的拉速参数下浸入式水口结构尺寸对连铸结晶器内钢液流动状况的影响,并优化出适合邯郸钢厂板坯连铸工艺的浸入式水口结构尺寸.     

连铸结晶器内湍流场的测试与计算

将ＳＩＭＰＬＥ算法应用于冶金中的数值计算，采用Ｋ－ε双方程模型和雷诺方程数值计算了拉速１．３ｍ／ｍｉｎ条件下连铸结晶器内的三维湍流场。得出了与实测一致的流场特点，同时，得出了松驰因子的新经验值α＝０．２５及压力修正因子αｐ＝０．５。编译的计算程序，可用来计算任意有限空间的三维流场。     

氢气泡测速法在连铸板坯结晶器水模拟实验中的应用初探

用自制的测试装置首次将氢气泡测试技术用于水模拟连铸结晶器中的流速测定．利用氢气泡团的时间－脉线组合图谱所提供的时间－位移信息测定了不同拉坯速度下水模拟结晶器中若干点的流速，用以验证水模拟连铸结晶器中流体流动数值模拟的结果．文中特别描述了测速装置中发泡阴极丝的定位方法，且对测量中的有关问题进行了讨论．最后，给出了试验结果数据及不同拉坯速度下结晶器中心线上测得的速度分布．     

邯钢连铸板坯结晶器内流场的水模拟研究

用水力学模拟实验方法研究邯郸钢厂板坯结晶器内流场，分析在确定的拉速参数下浸入式水口结构尺寸对连铸结晶器内钢液流动状况的影响，并优化出适合邯郸钢厂板坯连铸工艺的浸入式水口结构尺寸。     

水口底部形状对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响

采用1∶1的水模型和工业试验研究了水口底部形状(凹底、平底和凸底)和凹底水口井深(井深分别为0、10和20 mm)对结晶器流场与自由液面特征的影响.在拉速为1.8 m·min-1时,凹底水口和平底水口下结晶器内流场的对称性要优于凸底水口.三种水口条件下结晶器液面的表面流速变化规律为凸底水口>平底水口>凹底水口.对比不同井深凹底水口的液面特征发现:井深为10 mm的凹底水口可以有效降低结晶器的液面波动与表面流速,防止卷渣的发生.工业试验对比了凹底与凸底水口在实际生产中的使用效果,发现凸底水口下的液面波动显著大于凹底水口.凸底水口下结晶器液面波动变化的功率(频率为0.003~0.05 Hz)比凹底水口大约10倍,这与水模型的结果吻合较好.     

监测连铸振动台功率可行性探讨

提出了以连铸振动台功率为参数监测结晶器内拉坯阻力的新方法，在理论分析基础上，通过现场监测试验，证明功率法对工艺参数变动及特殊情况有高的敏感性，可作为在线监测连铸结晶器段拉坯状况的有效方法。     

板坯连铸结晶器数值模拟

运用Fluent 6.3对板坯连铸结晶器进行数值计算,研究拉速、水口浸入深度及水口开口角度对流场的影响.结果表明:对于断面1400 mm×230 mm结晶器,随拉速增加,液面最大水平和垂直流速均增加,而窄边冲击点的位置基本不变,随距液面距离增加,窄边速度先增加后减小,直至趋向于零;当拉速超过1.2 m.min-1时,液面水平速度增加明显.随水口浸入深度增加,液面最大水平流速减小,浸入深度超过140 mm时,最大水平流速变化不明显;垂直于液面方向的最大速度逐渐增加;对窄边冲击点影响较小.随水口开口向下角度增加,液面最大水平流速减小后增加,水口开口向下12.5°时液面最大水平流速最小,而水口开口向下10°～12.5°时窄边冲击点速度最小.     

Temperature distribution and dynamic control of secondary cooling in slab continuous casting

To predict and optimize the temperature distribution of slab continuous casting in steady operational state, a three-dimensional model (named "offline model") based on the heat transfer and solidification theories was developed. Both heat transfer and flux distribution characteristics of the nozzle sprays on the slab were considered, and the complicated boundary conditions, such as spray cooling, natural convection, thermal radiation as well as contact cooling of individual rolls were involved in the model. By using the calibrated caster dependent model factors, the calculated temperature and shell thickness accorded well with the measured. Furthermore, a dynamic secondary water cooling control system was also developed on the basis of a two-dimensional transient heat transfer model (named "online model") and incremental PID control algorithm to reduce slab surface temperature fluctuation in unsteady state. Compared with the traditional spray table control method, the present online model and dynamic PID control demonstrate a higher capability and flexibility to adjust cooling water flowrate and reduce slab surface temperature fluctuation when the casting speed is changed.     

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.     

连铸坯凝固末端位置控制研究

针对影响连铸坯内部质量的中心缩松、缩孔现象，综合运用数值模拟、实验研究、数理统计等方法，深入分析了连铸过程的主要工艺因素对铸坯凝固及其凝固末端位置的影响，建立了描述各工艺因素与凝固末端位置关系的数学模型。应用该模型可以合理地控制铸坯的凝固末端位置，为实施电磁搅拌技术提供指导。     

基于 PIV 技术的板坯连铸结晶器内钢水流动行为研究

利用粒子图像测速技术,以200 mm×2040 mm板坯连铸结晶器为原型,建立1：4水模型进行实验,对结晶器内钢液流动形态、流速及各流态所占比例、液面波动、以水口为中心结晶器两侧对称点速度随时间的变化、水口两侧液面水平流速、水口两侧对称位置液面至结晶器底部垂直方向速度和钢液对两侧窄面的冲击深度进行系统地研究和分析,并对比拉速的影响.研究表明,粒子图像测速技术不仅可以测量结晶器内流场流速,还可以对流场对称性进行全方位、多角度定量分析,为研究连铸参数变化,比如拉速、水口结构和水口浸入深度,对板坯连铸结晶器内钢液流动及对称性的影响提供一种较为精确的方法和思路.通过分析得出,在本实验条件下拉速0.5 m·min-1优于0.6 m·min-1.     

板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟

基于流体力学基本原理,采用Fluent软件建立板坯连铸结晶器及浸入式水口的三维有限元体积模型,模拟研究了水口不对中和水口单孔结瘤条件下结晶器内流体的流动特征和温度场分布状况.结果表明:水口对中不良时,结晶器两侧回流明显不对称,液面会产生旋涡,水口偏向侧温度高于水口偏离侧;水口出口单孔结瘤时,未结瘤侧流股增强,液面流速增大,并且液面有涡流产生,结瘤侧新鲜钢液减少,温度偏低.     

低碳钢板坯连铸用无氟保护渣生成区域的研究

为了研究性能稳定的低碳钢板坯连铸用无氟保护渣,在测试传统的板坯连铸用高氟保护渣(F-≥3%)性能的基础上,采用单纯形法,设计了CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-MgO-Li2O-TiO2-Na2O-MnO-B2O3渣系中满足保护渣组成条件的基本实验点.通过逐步固定各组分含量,将多维空间的渣系组成转化为二维平面网格.测试无氟渣样的熔点、黏度、转折温度、玻璃体比例及转折温度时的黏度,并作性能与组成关系的等值线图.通过比较高氟保护渣和无氟渣样性能,确定了碱度、熔点、黏度、转折温度较低,且凝固后呈玻璃体的低碳钢板坯连铸用无氟保护渣的三个生成区域,其中之一的典型成分的质量分数范围是:CaO31.2%,SiO236.8%,Al2O33%,Fe2O31%,MgO2%,Li2O2%,TiO26%,Na2O7%～12%,MnO3%～8%,B2O30～3%.     

Non-uniform heat transfer behavior during shell solidification in a wide and thick slab continuous casting mold

By employing a two-dimensional transient thermo-mechanical coupled finite element model for simulating shell heat transfer behaviors within a slab continuous casting mold, we predicted the evolution of shell deformation and the thermal behaviors, including the mold flux film dynamical distribution, the air gap formation, as well as the shell temperature field and the growth of carbon steel solidification, in a 2120 mm × 266 mm slab continuous casting mold. The results show that the shell server deformation occurs in the off-corners in the middle and lower parts of the mold and thus causes the thick mold flux film and air gap to distribute primarily in the regions of 0–140 mm and 0–124 mm and 0–18 mm and 0–10 mm, respectively, from the corners of the wide and narrow faces of the shell under typical casting conditions. As a result, the hot spots, which result from the thick mold flux film filling the shell/mold gap, form in the regions of 20–100 mm from the corners of the wide and narrow faces of the shell and tend to expand as the shell moves downward.     

含碳材料对连铸保护渣熔化速度影响的研究

以石墨、炭黑、碳化硅等三种含碳材料和碱度分别为0．8、1．0和1．2的基渣为原料，研究了炭黑、石墨和SiC加入形式（单独或复合，包括复合时的比例）和加入量以及基渣的碱度等因素对保护渣熔化速度的影响，并对试验数据进行了多元线性回归分析。试验和分析的结果表明：（1）石墨和炭黑复合加入比单独加入时对保护渣的熔化速度的影响更明显，尤其当m（炭黑）：m（石墨）=1：3时，作用最明显；（2）单独加入碳化硅对保护渣熔化速度的影响不大，但是碳化硅与炭黑以，”（SiC）：m（炭黑）=1：3的比例复合加入时，保护渣的熔化速度比单独加入炭黑时的小；（3）通过对实验数据的多元线性回归发现，熔速调节荆的加入量对熔化速度的影响最显著，炭黑在复合调速荆中的质量分数次之，随后依次为石墨在复合调速荆中的质量分数、碳化硅在复合调速剂中的质量分数和渣的碱度。