软接触电磁连铸结晶器传热行为研究现状

软接触电磁连铸是一项提高铸坯表面质量的新技术。从结晶器内钢液传热的过程综合论述了软接触结晶器的传热机理,并分析了结晶器内温度场影响因素的研究现状。最后指出了在结晶器传热过程中,以往的研究所没有涉及的方面。     

结晶器内连铸坯热弹塑性应力的有限元分析

建立了结晶器内连铸坯热弹塑性应力有限元分析模型,在推导的热弹塑性本构方程中考虑了材料力学性能,屈服函数随温度和应变速率的变化,模拟计算了结晶器内连铸坏应力分布。模拟结果表明,在铸坯的热节约内,高温坯壳受到拉应力的作用,易于产生裂纹,从而说明铸坯偏角区形成的热节约是连铸坯裂纹缺陷乃至漏钢事故发生的诱因。     

连铸结晶器内钢液凝固热传导有限元方法

连铸结晶器内钢液的传热可视为一个稳态过程,可用依赖于拉坯速度的三维稳态热传导方程描述.本文针对该稳态模型,采用Galerkin加权余量法推导考虑第一类边界条件、第二类边界条件和第三类边界条件的有限元方程,得到非对称的系统方程.编制了相应的有限元程序,并用此程序计算分析一个Q235小方坯连铸实例,得到铸坯的温度场.本文给出的有限元方法对连续铸造中铸坯形成过程的热力耦合问题的深入研究具有重要意义.     

方坯软接触结晶器三维电磁场有限元计算

运用Galerkin有限元法对方坯软接触结晶器内三维交变磁场进行了数值模拟·计算表明:磁场主要集中在线圈和结晶器附近,磁感应强度在靠近线圈中心位置附近出现最大值,随后迅速衰减,但在结晶器出口处磁场又有所增强;空载结晶器内部的磁场分布比较均匀;切缝能增强结晶器内部磁场,减小结晶器铜壁的屏蔽;磁压力在周向上分布具有不均匀性,易造成铸坯凹陷     

结晶器中连铸保护渣的润滑与选择

在Hasselstron,Chone等人工作的基础上,根据流体力学原理推导了一个计算连铸结晶器中保护渣膜厚度的新公式。和原有计算法相比,该公式考察的因素更全面,它为保护渣的选择和连铸有关工艺参数的确定提供了依据。     

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。     

连铸结晶器保护渣结晶温度

实验采用ＷＣＴ－２型微机差热天平,用来研究了保护渣的化学组成和冷却速率对其结晶温度的影响。结果表明：（１）在实验条件下,碱度升高,保护渣的结晶温度先升高后降低;（２）Ｆ＾－含量增加,保护渣的结晶温度提高;（３）随着Ｎａ２Ｏ,Ａｌ２Ｏ３,ＭｇＯ含量的增加,保护渣的结晶温度下降;（４）保护渣的结晶温度随冷却速率的增加略有下降。     

板坯连铸结晶器内渣/金界面非稳态波动行为

采用VOF法对板坯连铸结晶器内渣/金界面的非稳态波动行为进行研究,使用几何重建方案模拟连铸结晶器内渣/金界面的运动形态.分析了拉速、水口插入深度和倾角对连铸结晶器内渣/金界面波动的影响.结果表明,在浇注初期,渣/金界面的波动幅度较小;随着时间的发展,渣/金界面的波动幅度不断增大;达到动态稳定后水口附近的渣/金界面会出现不规则的锯齿状波动.漩涡的不稳定性是造成渣/金界面锯齿状波动的原因.随着拉速的增大,渣/金界面波动加剧;随着水口插入深度和倾角增大,渣/金界面波动减弱.     

连铸结晶器中渣膜的传热研究

用自制的一台模拟试验装置研究了连铸结晶器中渣膜的热传导行为。测定了结晶器与凝固坯壳之间渣膜的有效导热系数及界面的接触热阻；高温下渣膜的有效导热系数大致为４￣５Ｗ·ｍ＾－１·Ｋ＾－１，结晶器与渣膜层界面存在的热阻相当于９４￣１４９μｍ的空气间隙。     

Fluid Flow in Continuous Casting Mold with a Configured Nozzle

The influence of a configured nozzle on the turbulent fluid flow in a continuous casting mold was investigated using the simulation program Visual Cast, which used the finite difference method and the SIMPLER algorithm. CAD software was used to construct the complicated nozzle in the calculational region.The simulation accuracy was validated by comparison with the classic driven cavity flow problem. The simulation results agree well with water modeling experiments. The simulations show that the velocity distribution at the nozzle port is uneven and the jet faces downward more than the nozzle outlet. Simulations with a configured nozzle and the inlet velocity at the nozzle entrance give precise results and overcome the traditional difficulty in determining the nozzle outlet velocity.     

Finite Point Method for the Simulation of Solidification and Heat Transfer in Continuous Casting Mold

A 2-D finite point meshless model was used to simulate the heat transfer and solidification of steel in continuous casting molds to illustrate its use in metallurgy. The latent heat of the pure metal was treated using the temperature recovery method and the latent heat of the alloy was treated using an apparent heat capacity method. The model was validated by calculating the classical Stefan moving boundary problem. Analysis of the solid shell growth and temperature distribution of a billet in a mold shows that the solution by the finite point meshless model is quite reasonable, which indicates that the model has potential in metallurgical engineering applications.     

连铸结晶器铜板表面镀层失效分析

结晶器是连铸技术过程中非常重要的组成部件.结晶器铜板长时间经受钢水冲刷,必须具有很高的耐摩擦磨损、耐腐蚀性能.结晶器铜板常见的失效形式有裂纹、腐蚀等,本文结合案例研究和分析了结晶器铜板的主要失效形式及其原因.     

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.     

连铸结晶器内气泡群粒径分布的实验研究

为了获得结晶器内的气泡粒径及其分布规律,建立了一套水模型实验系统.为模拟真实上水口的吹氩过程,采用莫来石制作水模型的环状吹气装置,利用激光片光源和高速摄像机捕捉气泡的瞬时分布,并采用Image J软件分析和计算气泡的粒径.结果发现:气泡平均粒径随水流量、水口插入深度的增加而增大,随吹气量、水口倾角的增大而减小;莫来石弥散砖产生的气泡初始粒径较小且分布均匀.气泡粒径在结晶器宽面一侧水平方向上呈先增大后减小的趋势.随水流量的增大,气泡分布更加分散;随吹气量的增加,气泡分布规律无明显区别,但粒径增大.     

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。     

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     

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。     

连铸结晶器内偏流及漩涡卷渣的实验研究

连铸结晶器内的偏流和漩涡卷渣行为严重影响连铸坯的质量,因此建立了一套直弧型结晶器系统,研究了偏流和漩涡卷渣的运动规律.结果发现:偏流是由于流场自身的不稳定造成的,是时刻变化的;偏流发生在二冷区弯曲段附近.即使保证水口对中放置,结晶器上表面漩涡依然存在,多数情况下只有单个漩涡出现,其位置和大小是瞬变的.对称涡出现的机率较小,尺寸和强度较小,持续时间较短.同时考察了拉速、水口插入深度、滑动水口开度和中间包液位高度对偏流及其周期和漩涡卷渣的影响.     

连铸结晶器非正弦振动共振分析

根据谐波共振理论,连铸结晶器做非正弦振动且振频低于振动机构自然频率时,由于谐波频率是振频的整数倍,一部分幅值较大的谐波可引发共振.利用傅里叶变换对连铸结晶器非正弦振动加速度函数进行谐波分析,得该波形谐波幅值与振幅、振频、非正弦因子和谐波阶数的变化关系,从理论上给出一种削弱共振的方法.当结晶器振动机构的自然频率已知时,不同振频下可引起共振的谐波阶数是确定的.通过谐波幅值与各振动参数的变化关系,得到不同振动参数组合对应的谐波幅值.采用谐波幅值较小的振动参数组合,可削弱共振现象对连铸结晶器振动机构的不利影响,减小结晶器偏摆量,维持钢液液面稳定,改善连铸机工作状况.     

电液伺服驱动的连铸结晶器激振系统研究

针对传统的连铸结晶器激振装置存在的缺点，提出采用电液伺服驱动连铸结晶器激振系统，可方便地实现计算机控制和管理，并能根据连铸工艺要求很方便地改变振动波形，有效地改善控制精度，提高铸坯质量。