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.     

旋转连铸结晶器内钢液流动行为的水模型实验

采用水模型试验,研究了旋转连铸环行结晶器内钢液流动行为·通过改变参数(流量、结晶器转速、水口浸入深度),考察其对流场以及卷渣倾向的影响·参数改变,流场变化规律的总趋势并无明显改变,只是流股的最大喷射距离、到达结晶器外壁附近的速度及回流区的位置和液面附近的速度发生变化·研究结果表明:流场中的速度分布受流量、结晶器转速、水口浸入深度的影响     

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。     

旋转连铸结晶器内钢液流动特性

将质量守恒方程及NavierStokes方程应用于旋转连铸结晶器内钢液流动特性研究,探查了结晶器转速、水口注流流量、水口浸入深度对流场的影响·模拟计算结果表明,随着转速、水口注流流量、水口浸入深度的变化,回流区发生移动,流场分布受水口注流流量、转速的影响较大·     

结晶器内连铸坯凝固过程的有限元数值模拟

建立了结晶器内连铸坯凝固过程的有限元数学模型，在坯壳面表面边界条件中引入与气隙相关的传热模型修正平均热流量方程，研究了铸坯角部气隙对坯壳凝固行为的影响，模拟结果表明，铸坯角部形成的气隙流量显著地长低了坯壳表面的换热，使得铸坯偏角区成的为热节区，此热节区是铸坯凹陷，裂纹等缺陷乃至漏钢事故发生的诱因。     

电磁连铸复合式结晶器内电磁场的数值模拟

通过简化条件下的理论推导和实验测试分别对交变磁场和静磁场计算方法进行了验证,在此基础上对电磁连铸复合式结晶器内的磁场进行计算,并分析了有无结晶器条件下两种磁场的相互影响·分析结果表明,该项技术是可行的     

薄板坯连铸结晶器内流场的三维数值模拟

针对薄板坯连铸结晶器中钢液的紊流流动特征,利用商业软件ＣＦＸ４．２建立了一个三维有限差分模型,计算这一限定空间射流的紊流时均场,采用均相流模型,模拟了结晶器内钢液液面形状及速度场,通过计算,分析了浸入式水口形状、拉速等工艺参数对薄板坯连铸结晶器流场的影响,同时,研究了结晶器出口处速度分布对结晶器内钢液流动的影响。     

热管连铸结晶器数值模拟

针对连铸过程中水冷却方式传热效率低,容易发生金属反应的状况,本文提出了将热管用于连铸结晶器中,用高效传热的热管代替水冷却方式,对结晶器内钢液的温度场进行模拟,为改善铸坯内部和表面质量提供依据.     

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。     

CSP连铸结晶器内三维流场与温度场的数值模拟

针对CSP连铸生产状况，采用商业软件PHOENICS对其建立三维数值模型。在三种不同浸入式水口条件下，计算了结晶器内流场、温度场以及高拉速对流场与温度场的影响。其结果可为CSP连铸水口及其工艺参数的优化提供理论依据。     

电磁软接触结晶器内钢液面高度对磁场分布的影响

利用有限元软件ANSYS对软接触电磁连铸结晶器内磁场进行三维数值模拟,分析了结晶器内钢液面高度对磁场及电磁力分布的影响.结果表明:钢液使得磁感应强度集中在钢液的侧表面;当钢液面低于线圈上沿时,钢液中磁感应强度的最大值出现在钢液上表面附近,并沿拉坯方向逐渐递减;当钢液面高于线圈上沿时,随着钢液面的升高磁感应强度的最大值向线圈中部移动;钢液侧表面所受电磁力的分布趋势与磁感应强度的分布趋势基本一致.     

离心泵叶轮内部固液两相流动的大涡模拟

为提高离心泵的抗磨蚀能力 ,对泵内固液两相流的流态进行深入研究。在多相紊流运动双流体模型的基础之上 ,建立了两相紊流运动的大涡模拟。利用大涡模拟 ,对离心泵叶轮内部的固液两相流动进行数值计算。计算结果得出液相压力分布和相对速度场 ,及固相的颗粒数分布和相对速度场。其中压力和颗粒的分布与同一离心泵在日本所做合作研究量测的实验结果进行比较 ,两者相互吻合     

连铸保护渣渣膜润滑的研究现状

连铸中，特别是高速连铸条件下，渗入结晶器与凝固坯壳之间的保护渣渣膜的润滑状态对连铸过程有着重要的影响，本文介绍了国内外对渣膜润滑的主要研究成果。     

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%.     

压力铸造充型过程流动与传热数值模拟的研究

为了解压力铸造的充型特点 ,基于有限差分法建立了液态金属充填型腔过程的流动及耦合传热计算的数学模型 ,使用 SOL A - VOF数值模拟技术开发了压铸充型过程流动与传热的数值模拟分析软件。分别用层流假设和 K- ε紊流模型对“弓”形型腔的充型过程的流场进行了模拟计算 ,并与压铸水模拟实验的高速摄像进行比较 ,结果表明 ,采用紊流模型能更精确地模拟压铸充型过程。最后使用所开发的模拟分析软件 ,对具有三维复杂形状的实际压铸件的充型过程的流场、温度场进行了模拟 ,并分析了充型过程中模具在型腔表面的温度变化规律 ,提出“瞬态层”的概念 ,大大缩小了计算区域 ,提高了计算效率     

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.     

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.     

液力缓速器瞬态两相流动大涡模拟及性能预测

为了全面掌握液力缓速器各个流动单元内速度场和压力场的分布特性,提取了全流道几何模型作为计算区域,利用CFD平台的大涡模拟法和多流动区域耦合计算的滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,获得了不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分数分布情况,分析了流场内二次流、脱流及涡旋的产生机理,并计算了缓速器的外特性.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合很好,误差在8％以内;流场计算十分准确,运用的大涡模拟方法可以有效地模拟液力缓速器流场内的真实液流结构,其结果可以用来指导液力缓速器的设计及其结构优化.     

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。