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。     

结晶器冷却强度对铸坯初始凝固均匀性的影响

通过建立结晶器二维非稳态传热模型,在考虑气隙及角部圆弧对铸坯凝固过程影响的基础上,研究结晶器冷却强度对铸坯初始凝固均匀性影响的规律.结果表明,在结晶器内初始凝固区域,铸坯近角部的坯壳厚度小于角部和表面中心处的坯壳厚度;结晶器冷却强度降低,坯壳厚度变薄,但周向均匀性得到改善.     

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.     

连铸结晶器中坯壳生长有限元分析

为了预测结晶器出口铸坯坯壳的厚度与均匀性,考虑气隙对连铸坯的边界换热条件的影响,建立了铸坯传热凝固有限元计算分析的数学模型。采用热通量系数法反映实际的坯壳角部凝固特征现象。在方坯结果验证基础上,通过对新型H型连铸坯凝固过程进行模拟,计算得出了结晶器出口处坯壳的厚度。计算结果表明:H型铸坯坯壳的厚度随着拉速的增加而变小;铸坯在腹板和翼板交接处最薄,应适当增加水量,以保证坯壳在结晶器出口处具有足够的厚度。     

基于MiLE法模拟结晶器中大方坯温度场、应力场及流场

应用混合Langrangian和Eulerian法(MiLE)实现了结晶器中GCr15钢大方坯温度场、应力场及流场的动态模拟,模拟结果与实际生产铸坯吻合.铸坯坯壳角部的温度高于中部,铸坯表面从上到下的温度总体呈下降趋势,且等温区间与流场变化具有一定的相似性.铸坯坯壳中部厚度约为17.5 mm,角部厚度约为13.2 mm.凝固坯壳内的应力主要是热应力.坯壳出结晶器时,坯壳外表面处于压缩状态,凝固前沿为完全拉伸状态.有效应变从铸坯外表面到凝固前沿逐渐增大.钢液在前进过程中不断扩张,流速不断降低,当流股到达一定深度后,形成左右对称向上的两个回流,和一对由凝固面一侧向下而由中心向上流动的回流区.     

钢成分对沟槽结晶器初生坯壳的影响

连铸坯表面质量与连铸初生坯壳传热状况密切相关。通过建立沟槽结晶器初生坯壳数学模型，计算不同钢成分对沟槽结晶器初生坯壳的传热影响。模拟结果表明，钢成分对沟槽结晶器初生坯壳传热状况有影响，凝固收缩率大，初生坯壳形成时间延迟，温度不均匀度和应力均增加；固液二相区宽，形成初生坯壳时间也延迟，但温度不均匀度和应力减少。形成初生坯壳时间06F最早、Q235次之、45#最晚；温度不均匀度Q235最大、06F次之、45#最小；应力Q235最大、06F次之、45#最小。     

优化二冷制度实现宽板坯角部复热的研究

根据国内某厂宽板坯连铸工艺条件,利用二维非稳态传热模型及喷嘴冷却特性,分析不同因素对铸坯角部复热的影响规律.结果表明,铸坯断面宽度为1 800 mm时,喷嘴间距选为450mm,铸坯宽面表面温差小,有利于实现铸坯的角部复热;喷嘴间距一定,随二冷区比水量的减小及铸坯宽面外侧两喷嘴冷却水量的降低, 铸坯角部复热效果更好;较小的角部凝固坯壳厚度有利于减小内部高温钢液蓄含的热量向铸坯角部传递的阻力,改善角部复热效果.     

方坯结晶器角部钢液初始凝固行为及其影响因素的数值模拟分析

针对方坯结晶器内角部区域钢液的初始凝固行为,建立耦合方坯、保护渣和结晶器铜板的传热数学模型,研究结晶器圆角半径、角部铜板厚度及冷却水量对铸坯角部温度分布及凝固坯壳厚度的影响。结果表明,增大结晶器圆角半径、增加角部铜板厚度或降低结晶器内冷却水量,均可一定程度上改善初始凝固区域铸坯凝固坯壳厚度的周向均匀性,提升铸坯质量;其中,增大结晶器圆角半径的影响效果最为显著。     

CSP结晶器内钢液流动及凝固的数值模拟

应用数值模拟方法,建立CSP漏斗型结晶器内钢液流动及凝固传热耦合模型。针对结晶器内铸坯角部受到强冷的特点,对结晶器内热流密度采用修正方程进行计算,分析热流密度修正系数对铸坯凝固坯壳表面温度计算精度的影响。通过比较不同拉坯速率下结晶器内钢液凝固的特点,研究凝固坯壳对结晶器内钢液流动行为的影响。结果表明,采用热流密度修正系数后,铸坯凝固坯壳角部温度的计算值与实际情况更相符;提高拉坯速率可使铸坯凝固坯壳厚度减小;拉坯速率较大时凝固坯壳厚度随铸坯距弯月面距离的增大基本呈线性增长,拉坯速率为3m/min时,凝固坯壳在生长过程中厚度的增长有短暂的停滞现象;凝固坯壳对钢液流动的影响较大,主要是由钢液有效流动区域减少及两相区额外动量阻损造成的。     

负压薄膜造型铸铁件表面光洁度的研究

本文对影响负压薄膜造型铸铁件表面光洁度的因素运用正交法进行了试验研究。在不同壁厚的试样上,用光切法测定的表面光洁度分别达到12～71μm即▽5～▽3.使用DJS-14型电子计算机和ALGOL语言,运算各因素的显著性,表明了各因素的影响.理论分析和研究的结果表明,铸型涂料和石英砂粒度组成是表面光洁度的主要影响因素,铸型真空度,金属液浇注温度和薄膜厚度具有一定的影响,这些因素的不同水平对表面光洁度的不利影响随壁厚的增加而愈趋显著.     

方坯连铸机结晶器凝固传热的数学模型

研究和开发了方坯连铸机结晶器非稳态凝固传热的数学模型,预测铸坯温度分布和凝固状态,模型考虑了凝固时结晶器气隙的存在,使得传热不均匀,同时,采用等效比热法处理了凝固前沿产生的结晶潜热·以生产厂方坯为研究对象,得出了温度分布规律、凝固坯壳生成规律,分析了拉速对铸坯温度和坯壳厚度的影响·结果表明,经模型计算得出的温度、坯壳厚度值与现场测定的温度、拉漏数据基本相符·     

小方坯结晶器锥度优化

利用商业软件Thercast建立了描述水冷结晶器内钢液凝固传热和弹塑性变形的有限元模型,对凝固过程进行三维热力耦合求解。首先在坯壳表面施加热流密度,从而得到铸坯结晶器内凝固收缩量和坯壳温度分布,并分析钢水静压力的影响,提出结晶器锥度的设计原则,以确定合适的结晶器纵断面锥度。然后在结晶器铜管冷面施加水冷换热系数,并考虑保护渣和气隙对坯壳凝固的影响,研究坯壳在结晶器内的凝固过程,从而验证所提锥度的合理性。     

考虑气隙的电磁连铸圆坯传热凝固数值模拟

通过双向迭代耦合的方法,建立了电磁连铸结晶器区域内的传热凝固有限元分析模型.通过对凝固坯壳与结晶器接触状态的数学描述,来模拟软接触结晶器内的热和力学状态,研究了高频交变电磁场对气隙分布及铸坯温度场的作用规律.结果表明,采用双向迭代耦合的方法,可更准确地描述电磁软接触连铸结晶器内的热-力学行为;高频交变磁场下,钢液的初始凝固点位置较常规连铸下移,初始凝固壳减薄,气隙生长延迟;在结晶器下段,由于电磁力的搅拌作用凝壳厚度又有所增加,气隙量大于常规连铸.     

气膜对铝合金半连铸液穴形状及表面质量的影响

利用气膜连铸技术对6063铝合金熔体液穴形状、熔体与结晶器接触高度、初凝壳形成位置点以及液穴深度进行了研究.结果表明:与热顶铸造相比,气膜铸造降低了结晶器的有效散热长度,增加了熔体金属与结晶器接触高度,初凝壳形成位置点降低,液穴平直.初凝壳高度降低,减少了由铸锭的回热现象,偏析瘤和冷隔消除,铸锭表面质量明显提高.     

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.     

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。     

Control of mould level fluctuation through the modification of steel composition

Periodic mould level fluctuation (MLF) during slab casting is a bottleneck for upgrading the surface quality and casting speed especially for hypoperitectic (HP) or ultralow carbon steels. The uneven growth of the initially solidified shell is verified to be one of the important inducements to MLF due to related unsteady bulging in the secondary cooling zone. It is shown that the solidification mode of steels and the contraction behavior can be modified through chemical composition optimization within given composition limits. For high strength low alloy (HSLA) steels, the actual peritectic points calculated by Thermo-Calc software may change remarkably with the slight variations of alloying element contents. Accordingly, the narrow limit of chemical composition of HP steels through optimization is proven to be one of the effective factors to control the popular MLF phenomenon during slab casting.