板坯连铸结晶器内钢液流场的三维数学模型

针对板坯连铸结晶器中钢液的紊流流动特征,利用流场计算软件cfx4.3,建立了一个三维有限差分模型,模拟了结晶器内钢液的流场和流动分布,同时应用水利学模型进行了验证。通过数值计算,研究了浸入式水口的出口倾角、浸入深度、拉速等工艺参数对板坏连铸结晶器流场的影响,为优化结晶器内钢液的流场,优化浸入式水口的设计提供了理论基础。     

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     

板坯连铸结晶器吹氩工艺参数优化

采用流体体积(VOF)方法和拉格朗日离散模型建立了反映230mm×1100mm板坯连铸结晶器吹氩过程中钢液、熔渣和氩气气泡流动行为的数学模型,通过数值模拟方法研究吹氩量、拉坯速度和水口浸入深度等工艺参数对结晶器内钢/渣界面行为特征的影响规律。结果表明,吹氩会明显加剧水口附近的钢/渣界面波动,选择合适的拉坯速度能有效降低该处的界面波动幅度,同时吹氩有利于减缓结晶器弯月面处的液面波动,可在一定程度上达到稳定钢/渣界面的目的。从16种工艺配置方案中优化出该结晶器的最佳吹氩工艺参数为:拉坯速度1.2m/min,吹氩量9L/min,水口浸入深度120mm。     

板坯连铸结晶器内钢液凝固状态分析

作者开发的有限元分析方法，可用于计算连续铸钢过程中结晶器内坯壳生长情况及表面温度分析，并具有图形显示功能，操作人员可直观地观察钢水在结晶器内的凝固状态及出口坯壳厚度，该软件具有重要的实用价值。     

连铸板坯结晶器内钢液吹氩行为的数值模拟

以宝钢一连铸板坯结晶器为研究对象，采用多相流模型计算了吹氩后结晶器内钢液的流场、温度场及氩气分布。结果表明：吹氩后，结晶器内上回流区钢液的流动强度增大，下回流区变小；钢液的温度梯度减小，温度分布均匀；氩气的分布不均匀，上回流区钢液的含气率大大高于下回流区。     

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.     

水口参数对异形坯连铸结晶器内流场的影响

依据湍动能理论,本文建立了结晶器内钢液的三维湍流模型,开发了计算程序,研究了不同水口状态下异形坯结晶器中钢水的流动特性.利用本模型所得计算结果与实测结果吻合较好,并可对现场生产进行离线分析.     

连铸结晶器内钢液弯月面区域速度场的测定

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，分别用低熔点Ｐｂ－Ｓｎ－Ｂｉ合金和硅油模拟钢液和保护渣，对连铸结晶器内弯月面区域液态金属的速度场进行了实验研究，研究结果表明，在结晶器的正滑脱期内，弯月面处的液态金属向造近结晶器的方向运动；在负滑脱期内，其运动方向相反，拉速提高时，正滑脱期内弯月面区域液态金属的速率减小，而负滑脱期内弯月面区域液态金属的速度增大，电磁场对弯月面区域液态金属的运动     

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.     

Effects of operating parameters on the flow field in slab continuous casting molds with narrow widths

Computational simulations and high-temperature measurements of velocities near the surface of a mold were carried out by using the rod deflection method to study the effects of various operating parameters on the flow field in slab continuous casting(CC) molds with narrow widths for the production of automobile exposed panels. Reasonable agreement between the calculated results and measured subsurface velocities of liquid steel was obtained under different operating parameters of the CC process. The simulation results reveal that the flow field in the horizontal plane located 50 mm from the meniscus can be used as the characteristic flow field to optimize the flow field of molten steel in the mold. Increases in casting speed can increase the subsurface velocity of molten steel and shift the position of the vortex core downward in the downward circulation zone. The flow field of liquid steel in a 1040 mm-wide slab CC mold can be improved by an Ar gas flow rate of 7 L·min~(-1) and casting speed of 1.7 m·min~(-1). Under the present experimental conditions, the double-roll flow pattern is generally stable at a submerged entry nozzle immersion depth of 170 mm.     

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.     

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.     

小方坯连铸过程温度场和流场的实时模拟

为了寻求在瞬态下仍然有效的实时模拟模型,以便模拟连铸的全过程,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法和LamBremhorst低雷诺数k-ε方程,建立了考虑湍流的传热和流体流动的实时模拟模型.该模型有效地实现了移动计算域下的动态网格扩展,可以模拟从拉坯到切割坯连铸全过程的温度场与流场的变化.作为实例,X70钢小方坯的模拟效果与实验验证吻合很好.     

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.     

冷却结构对连铸结晶器铜板热变形的影响

建立了板坯连铸结晶器三维有限元热弹塑性结构模型,计算了铜板变形及结晶器冷却结构对其影响规律.冷却结构和热力载荷决定了铜板热面变形行为,铜板变形量取决于冷却结构几何参数,并在铜镍分界处有较小变形突变;宽面热面中心线最大变形出现在弯月面下100mm处,窄面最大变形出现在弯月面和冷却水槽末端,且铜镍分界两侧变形曲线有明显的曲率波动;铜板加厚5 mm,最大中心线变形可增加0.05 mm,镍层对中心线变形影响不明显,1 mm的厚度变化仅在窄面引起最大0.01 mm的下降,冷却水槽对中心线变形影响也较小,水槽加深2 mm,最大中心线变形减少0.02 mm.     

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。     

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.     

连铸电磁旋流水口流体流动和夹杂物行为

采用数值模拟方法对连铸电磁旋流水口内流体流动和夹杂物碰撞长大行为进行了研究.数值结果表明电磁旋流水口出口处流体流动扩张角与低熔点合金实验值相符.旋转磁场对浸入式水口内壁夹杂物沉积行为存在两个相反的作用：一方面旋转磁场作用加强了水口壁面处钢液的湍流流动,加速了夹杂物在水口内壁的沉积吸附速率;另一方面水口内壁附近夹杂物在旋转磁场产生的旋流作用下易被携带至水口中心,削弱了水口内壁对夹杂物的黏附.在上述两方面因素作用下,钢液区存在一个最佳磁感应强度可使水口内壁夹杂物沉积速率降至最低,从而减轻水口结瘤现象.