薄板坯连铸结晶器内凝固坯壳三维有限元分析

用已获得的薄板坯连铸结晶器内凝固坯壳的几何形状和温度场，建立凝固壳三维热弹塑性接触有限元分析模型。得到两种拉速下ＩＳＰ和ＣＳＰ型结晶器内凝固壳的应力和变形分布，以及凝固壳与结晶器壁间的气隙分布，给出了成指数在坯壳中的变化曲线。     

小方坯结晶器温度场的有限元分析

建立了小方坯结晶器二维非稳态传热的数学模型,着重分析了有限元在研究小方坯结晶器温度场中的应用,如连续区域的离散化、温度插值函数的选取、单元变分计算、组集总体合成方程的推导以及程序的设计等;经现场实测温度的验证表明,本模型的建立、边界条件的处理及求解过程合理     

小方坯结晶器温度场的有限元分析

建立了小方坯结晶器二维非稳态传热的数学模型,着重分析了有限元在研究小方坯结晶器温度场中的应用,如连续区域的离散化、温度插值函数的选取、单元变分计算、组集总体合成方程的推导以及程序的设计等;经现场实测温度的验证表明,本模型的建立、边界条件的处理及求解过程合理.     

连铸结晶器与铸坯传热的有限元分析

钢坯连铸过程中,钢水经过结晶器冷却后,形成了具有一定厚度的凝固坯壳,坯壳厚度取决于结晶器材料、厚度、长度,冷却水流量以及拉坯速度。利用有限元方法对铸坯在结晶器内的形成过程建立模型,结晶器界面使用等效导热系数,用等效导热系数处理钢液与结晶器内壁的边界传热,并对连铸钢坯与结晶器温度场建立模型进行数值模拟,参考模拟结果可以对设备进行优化设计。     

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。     

板坯连铸结晶器内坯壳厚度及枝晶间距

通过向结晶器添加ＦｅＳ测定了正常工况下结晶器内坯壳的厚度分布，由测得的坯壳厚度分布，分析了结晶器内弯月面参数、凝固系数以及坏壳的凝固速度、温度梯度和冷却速度。结果表明，用结晶器内钢水添加硫方法确定的坯壳厚度的分布较为合理。     

连铸结晶器内矩形坯的温度场模拟

利用有限元法建立了结晶器内轴承钢矩形坯温度场数学模型.采用了随温度变化的热物性参数,并且在边界条件中采用平均热流、瞬时热流及角部气隙等对比分析,研究了不同边界条件下矩形坯的温度场和坯壳厚度.模拟结果表明:不考虑角部气隙时,采用平均热流边界条件时矩形坯的温度范围要比采用瞬时热流时范围大;考虑角部气隙时,温度范围相差不大;角部气隙只对角部区域的温度有影响,而对芯部、宽面中心、窄面中心等区域基本没有影响;气隙降低了坯壳表面的换热,使得角部坯壳厚度要比不考虑角部气隙时平均小6~7 mm左右,在距离角部30 mm处出现热节区.     

马钢大圆坯连铸结晶器内钢水流动与凝固过程的数学模拟

建立了大圆坯连铸过程中结晶器内钢水流动、传热及凝固过程的数学模型,对马钢车轮轮箍钢连铸过程中钢水宏观凝固过程进行数值模拟分析,数值模拟的结果与射钉试验和铸坯表面温度测定的结果很相近,说明该模型具有很高的可靠性与准确性,对连铸工艺有很大的指导作用.     

圆坯连铸过程中坯壳生长规律

采用 ANSYS 软件建立了圆坯连铸过程的二维凝固传热模型,通过射钉实验以及表面温度的测定对模型进行了实验验证。结果表明模型能较准确地得到任意位置处铸坯坯壳厚度以及预测凝固终点位置。在传热模型的基础上结合铸坯低倍观察着重分析了圆坯坯壳生长规律。发现圆坯凝固过程中柱状晶区坯壳的厚度与凝固时间的平方根呈线性关系,符合平方根定律,并对平方根定律进行了修正,修正项与过热度和凝固速率有关;铸坯中心等轴区坯壳厚度与凝固时间平方根为非线性关系,凝固坯壳的生长不再符合平方根定律;间接证明了圆坯柱状晶生长是单方向传热,等轴晶生长时传热方向不唯一。     

凝固坯壳对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响

采用1:1的水模型研究了高拉速条件下凝固坯壳对结晶器内的流场与液面特征的影响.结果表明:考虑凝固坯壳时结晶器内的流场出现了轻微的不对称现象,在高拉速条件下(2.4m·min^-1),有坯壳时结晶器液面最大平均波高与表面流速比没有坯壳时分别大31%和35%.对比有/无坯壳条件下自由液面形状可知:考虑凝固坯壳之后的液面变形程度比没有考虑时更大,更易导致卷渣的发生.液面波动的功傅里叶变换分析表明:考虑坯壳之后结晶器液面的高频率波动的振幅大于无坯壳的情形,所以考虑坯壳之后由于结晶器下部内腔变小,更多的流股能量集中在上回流区,使得上回流的湍流程度比无坯壳时要大,进而导致了液面波动与表面流速的增大.因此,为了缩小与实际连铸过程的差别,在高拉速的物理模拟中有必要考虑凝固坯壳的影响.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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。     

F数计算及其与板坯连铸结晶器内钢水卷渣的关系

为了控制板坯连铸结晶器内钢水的卷渣,提出一种用结晶器流场数值模拟计算结果对前人研究出的液面波动指数F数进行计算的方法,研究了F数与液面波动及板坯浇注工艺参数的关系.研究表明:从结晶器流场的数值模拟计算结果中调用相应的计算F数所需的参数,可以方便地计算出F数.调整浇注工艺参数将F数控制在3～5就可以将液面波动控制在±(3～5) mm的合理范围内,从而减小或避免结晶器内的卷渣.     

连铸结晶器内钢液涡流现象的大涡模拟

为了研究结晶器内钢液涡流现象的形成机理,采用大涡模拟方法对此涡流现象进行模拟。采用相关文献报道的实验结果,对模型进行验证,对水口偏离中心位置和窄面放置挡板两种情况进行非稳态模拟和分析,分析了"湍动涡"和"偏心涡"的形成机理。数值模拟结果表明:"湍动涡"是由于流体本身的脉动所形成的,与水口是否对中没有直接的关系,但钢液在宽面方向的流动影响"湍动涡"的强度;"偏心涡"是由于水口不对中形成的,可以通过调整水口位置来消除。     

连铸方坯感应补热过程的有限元分析

根据电磁感应理论及传热基本原理,利用大型工程软件ANSYS对连铸方坯的感应补热过程进行了多物理场耦合的有限元模拟,并对铸坯断面上的温度梯度、磁场分布等进行了分析. 模拟结果与实测结果一致.     

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%.     

S形转子连续混炼机混炼段流场的有限元分析

文中利用有限元软件ANSYS对S形转子连续混炼机的流场进行了模拟分析。研究了转子的不同相位和操作条件的改变对速度场和压力场的影响规律,可为这种新型设备在混炼加工领域的应用提供理论指导。