连续铸钢过程中结晶器的传热研究

 为了研究结晶器内壁温度的分布，设计了模拟结晶器工作过程的实验装置，并进行了实验。实验结果表明，结晶器内壁温度趋近于冷却水温度。基于实验，推导了结晶器边界等效导热系数。该系数用于解决金属和冷却水之间的传热，即反映结晶器的传热能力。用等效导热系数处理结晶器的边界传热，对包括结晶器在内的连铸凝固进程温度场进行数值模拟既简单又方便，并且计算结果与实验结果符合。还讨论了拉坯速度和冷却水流量对结晶器温度场的影响。     

薄板坯连铸结晶器三维流场和温度场的数值模拟

针对ＩＳＰ型薄板坯连铸结晶器，利用数值模拟的方法，计算结晶器的内流体的三维流场和温度场，比较和分析水口结构形状，插入深度及拉坯速度对结晶器内流场和温度场的影响，为薄板坯连铸结晶器以及相适应的伸入式水口结构形状选型提供参考。     

165 mm×165 mm方坯连铸结晶器安全性的数值模拟分析

运用有限元软件ANSYS热分析模块对浇铸0.2%C钢水的10 mm铜结晶器壁面的温度场、应力场及位移场的分布状况进行数值模拟,比较得出在不同换热系数工况下结晶器壁面的恶劣服役部位的安全性。结果表明,结晶器热面峰值温度为525 K,冷面的峰值温度为475 K;结晶器外壁圆角变形值为0.789 mm,较内壁变形大;结晶器最大等效应力和最大应变均出现在钢液与空气接触的内壁圆角处,分别为218 MPa和0.002 079。结晶器温度、变形和应力均满足连铸安全性要求。     

异型坯连铸结晶器传热行为的数值模拟研究

利用ABAQUS有限元软件建立异型坯连铸结晶器铜板的三维有限元模型,并通过ABAQUS用户子程序施加传热边界条件,对现有的异型坯结晶器铜板温度场进行数值模拟研究,重点分析铜板热面温度的分布规律,并对其进行优化,得到合理的温度场分布.给出了水槽和水孔中冷却水流速、铜板厚度以及拉坯速度等工艺参数对结晶器铜板温度场的影响规律...     

CSP结晶器内流动与传热过程的计算机模拟

对CSP薄板坯漏斗形结晶器内的流动与传热行为进行了计算机模拟研究。考察了水口结构形状、拉坯速度及水口插入深度对结晶器内流场、温度场和凝固的影响，为与薄板坯连铸结晶器相适应的浸入式水口结构形状选型提供依据和指导。     

水口类型对大方坯连铸结晶器内流场和温度场的影响

利用Fluent流体力学软件对直通式、侧二孔式、侧四孔式浸入水口对大方坯连铸结晶器内钢水流场和温度场进行了数值模拟.结果表明,从流场来看,直通式冲击深度最大,侧二孔式次之,侧四孔式最小,侧四孔式水口在结晶器内钢水能形成上、下两个回流,其下回流涡心较直通式水口从590 mm上移至270 mm,有利于夹杂物的上浮.从温度场来看,侧二孔式和侧四孔式较直通式水口使结晶器内热中心明显上移,且其弯月面钢水温度比直通式分别提高了6 K和4 K,有利于保护渣的熔化.     

马钢圆坯结晶器水口改型流场和温度场的数值模拟

生产实践表明,直通式水口对钢水夹杂物上浮、结晶器液面钢水温度补偿,铸坯初生坯壳的形成等有一定的负面影响。利用CFX5．7．1数值模拟软件研究了采用原直通型水口和侧开孔型水口时结晶器内流场和温度场的分布情况,分析了不同流场和温度场对钢水夹杂物上浮、结晶器液面钢水温度补偿、结晶器液面波动以及对结晶器内初生坯壳的影响。结果表明,采用侧开孔型水口时结晶器内流场和温度场分布更为合理,直通型水口改为侧开孔水口可行。     

板坯连铸机结晶器内流动及传热过程的数学模型

应用三维流场和温度场计算特性,对首钢第二炼钢厂的板坯连铸机结晶器内钢液的流场和温度场进行了模拟研究,通过研究得到了在现有操作条件下结晶器内钢液的流动特征及温度分布情况,同时确定出它们对铸坯的影响,为进一步优化操作参数提供了依据。     

连铸结晶器水口不同浸入深度的数值模拟

通过ANSYS Fluent软件对结晶器浇铸1200mm×244mm断面铸坯在不同浸入深度下流场、温度场进行数值模拟计算。结果表明,针对结晶器1200mm×244mm断面下,当浸入深度为110mm时,自由液面的最大速度为0.166m/s,波高为2.4mm;当浸入深度增加至130mm后,自由液面速度有所降低,为0.127m/s,但当浸入深度在130～170mm变化时,自由液面速度波动不明显。液面波动随着浸入深度的增加而略有降低,浸入深度分别为130、150、170mm时,液面波高分别为1.98、1.89、1.49mm,整体变化不大。不同浸入深度在结晶器内上旋流钢液大部分温度为1516～1518℃,下旋流钢液温度基本为1514～1516℃,比较均匀,影响不大。     

宽规格板坯连铸结晶器浸入式水口的数值模拟

利用Fluent计算软件建立三维数学模型对马钢板坯连铸结晶器内钢液的流场和温度场进行数值模拟研究,并进行正交试验,分析了水口浸入深度(150～190 mm) 、水口侧孔倾角(-10°～-16°) 、水口侧孔与中孔的截面积比值(2,2～3.2)对拉速0.9 m/s,230 mm×1800 mm结晶器内钢液流动的影响。研究结果表明,水口浸入深度和倾角对结晶器液面波动F数和凝固坯壳厚度的影响较为显著。对于浇铸断面230 mm×1800 mm的结晶器浸入式水口的最佳工艺参数为:浸入深度170 mm、水口侧孔倾角13°、侧孔出口与中孔面积比2.7。     

高炉流场和温度场数学解析

采用有限元法推导并建立了高炉煤气流场和炉料流场数学解析模型；为解决高炉中心可能出现的强对流情况引起温度场数值解的振荡问题，采用迎风有限元法推导并建立了高炉煤气和炉料温度场数学模型。     

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Pro CAST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.      

Distribution law of flow field and temperature field in electroslag remelting withdrawal process

A three- dimensional mathematical model was developed to describe the interaction of multiple physical fields during the electroslag remelting withdrawal (ESRW) process. Flow fields and temperature fields of the ESRW system were simulated by commercial software ANSYS. The flow fields, temperature fields and the shapes of the molten pool during the ESRW process with different electrode immersed depths and slag heights were analyzed and compared. The temperature of ingot surface was measured, and the accuracy of simulation results was verified. The results show that there are two pairs of vortexes in slag bath during the ESRW process. A pair of large vortexes turns counterclockwise, and another pair of small vortexes rotates clockwise. The speed of slag increases with the increasing of immersion depths of the electrode, and decreases with the increasing of slag heights. There are two high temperature zones in the slag bath, and the temperature in the slag bath is higher than that in the metal bath. The temperature of ESRW system (electrode, slag bath and ingot) becomes higher with the increasing of immersion depths of the electrode, whereas becomes lower with increasing of slag heights.     

复合磁场作用下板坯结晶器内流场与温度场的数值模拟

提出了一种用于板坯流动控制的复合磁场,在弯月面附近施加电磁搅拌,在浸入式水口附近施加电磁制动,以形成对流场及温度场的复合控制.使用Fluent软件建立了结晶器内复合磁场作用下的钢液流场与温度场三维计算模型.通过与无磁场作用的钢液流动及传热行为进行对比,揭示了复合磁场对结晶器钢液流场和温度场的作用规律.结果表明:复合磁场在一定电磁参数条件下可以减弱水口出流主流股对窄面的冲击,冲击位置处的最大湍动能值降低62％,减少下返流侵入深度;弯月面附近得到了充分的搅拌,结晶器壁面附近的钢液流速增强30％,有利于凝固前沿的冲刷;同时结晶器壁面附近温度提高了1～2 K,均匀了结晶器内温度分布.结晶器电磁搅拌与电磁制动的流场控制优势得以同时发挥.     

用静电场高斯定理求电场强度和磁场环路定律求磁场强度的讨论

本文要讨论两个问题：1运用电场高斯定律求场强的条件和高斯面选取的方法;2．运用磁场环路定律求磁场H的条件和环路选取的方法,并通过举例说明它们的具体分析办法。