珠钢薄板坯连铸结晶器传热特征的研究

薄板坯连铸结晶器的传热过程直接影响到铜板的寿命，因此有必要研究薄板坯连铸结晶器的传热特征。根据在线实测的铜板温度以及薄板坯连铸机冷却参数，建立了薄板坯结晶器铜板传热模型，计算并验证了结晶器热流密度的分布函数。结果表明，宽度方向上铜板温度和热流密度分布具有相似的规律性，距离弯月面越近，热流密度和温度的波动越大；弯月面处热流密度值超过4．4MW／m^2，结晶器热面温度高于铜的再结晶温度，这是造成结晶器铜板被侵蚀的主要原因。     

基于热流密度分布模型的连铸倒角结晶器温度分布研究

基于热流密度分布模型,建立了全弧形板坯连铸机倒角结晶器窄面冷却水流动和铜板传热耦合的数学模型。采用多元回归的方法拟合得到描述连铸结晶器热流密度对结晶器高度的函数表达式。铜板表面沿拉坯方向的热流密度呈非线性分布,弯月面附近的热流密度先急剧增加然后迅速减小,在距离弯月面0.1 m处的热流密度达到最大值。模型计算结果表明,在结晶器距上口150～200 mm的铜板表面温度最高达到608～678 K,低于723 K的铬锆铜再结晶软化温度;尽管该区域铜板水缝的最高表面温度近420 K,但不影响整体传热。计算的铜板温度与热电偶测量值相吻合。     

包晶钢宽厚板坯连铸结晶器的热流密度与热行为

基于热电偶实测温度,建立了包晶钢宽厚板坯连铸结晶器有限元传热模型和热流密度非线性估算模型.应用模型反算获得包晶钢宽厚板坯结晶器的热流密度,在与热平衡计算得到的平均热流密度进行比较后,阐述了模型的有效性,并分析了实际生产条件下结晶器铜板的温度分布规律.结晶器宽面和窄面的平均热流密度分别为1.141和1.119 MW·m-2.温度在靠近结晶器背面呈波浪形分布,最大温差为29.6℃,然而在远离背面位置,温度变化平缓.随距弯月面距离的增加,温度呈降低趋势,然而在距结晶器出口附近出现回温现象.同时宽厚板坯连铸结晶器的热流密度和温度分布均有别于传统板坯连铸.      

马钢CSP工艺漏斗型结晶器铜板温度检测及传热分析

为了获得求解薄板坯流动、传热凝固模型的合理热流边界条件,并为揭示结晶器铜板及铸坯裂纹的形成机理提供参考依据,应用马钢薄板坯连铸机中结晶器温度监测软件在线采集了不同工况和不同时刻的铜板温度,分析了结晶器铜板温度的变化规律;在此基础上,结合实际冷却参数和铜板实测温度,计算了在不同拉速下浇注断面分别为1 275 mm×70 mm和1 525 mm×70 mm的SPHC钢种时的结晶器热流场。结果表明,相同条件下结晶器铜板温度和热流密度的分布具有相似的规律性,它们在结晶器纵向上呈逐渐下降趋势,而在横向上也存在明显的波动,靠近弯月面时这种波动尤为剧烈;采用相同水口和结晶器浇注宽度分别为1 275 mm和1 525 mm的铸坯时,结晶器铜板温度和热流密度在宽度方向上的分布总体上分别呈现为M和W形状,即铜板温度及热流密度的最高值分别位于铜板宽度方向的1/4处和中心线部位;拉速为4.5 m/min时,结晶器铜板最大热流密度可达到4.6MW/m2。     

薄板坯连铸结晶器热流分布研究

通过结晶器温度检测软件在线采集了武汉钢铁(集团)公司CSP结晶器铜板的温度,根据热电偶实测温度及连铸机冷却参数,计算了浇铸不同断面SPHC钢时不同拉速的热流值,并建立了结晶器热流的二维分布模型。结果表明,结晶器受水口射流影响,热流与温度在宽面横向分布很不均匀,表现出明显的双峰结构。相同工况条件下在铜板宽度方向上温度和热流密度分布具有相似性,距离弯月面越近,热流密度和温度的波动越大,弯月面处热流密度最大值达到4.6 MW/m2。     

板坯连铸热顶结晶器研究

连铸热顶结晶器对改善结晶器传热状况影响显著。在结晶器热面弯月面处热镀低导热性材料,增加热阻、降低热流密度、提高初生坯壳均匀性,从而改善铸坯表面质量。数值预测每增加1 mm镀层厚度,热面温度提高10~15 K;现场在线热电偶监测数据证实,热顶结晶器能够降低铜板温度5~15 K;热顶结晶器能够降低结晶器进出口水温差(即平均热流密度),促进初生坯壳均匀生长。将热顶结晶器应用到高碳钢连铸生产,显著降低了连铸纵裂发生率。     

板坯连铸结晶器铜板冷却水槽结构优化

针对板坯连铸结晶器铜板冷却水槽的结构优化,将三维传热模型应用于结晶器铜板导热过程,并采用有限元方法进行了模拟,计算并比较了水槽结构优化前后结晶器宽面铜板热面温度分布情况.结果表明:水槽结构优化后铜板螺栓处温度较优化前降低6℃,弯月面处温度降低10℃;优化前和优化后铜板在螺栓处和弯月面处的温度波动幅度分别为3、1. 5℃和8、2℃,水槽结构优化后铜板传热能力和冷却均匀性有明显提高.     

非均匀冷却型结晶器铜板的传热特性

针对唐钢新型的FTSC非均匀冷却型结晶器,根据连铸结晶器的铜板实测温度、结晶器水量和进出水温差,建立了结晶器热流一维修正计算模型及其分布曲面,分析在生产SS400钢种时不同条件下的结晶器铜板热流分布特点,结果表明,相同条件下热流分布趋势和热面温度分布趋势相似,横向上波动剧烈,在距离铜板中心线400mm处的热流最高,距离弯月面越近波动越剧烈,在结晶器下部,中心部位的热流较低,并且平直段热流比漏斗区域的热流低;沿着结晶器高度方向,热流和热面温度变化梯度较小,在结晶器中部会有一个热流以及热面温度回升趋势;在整个铜板宽面上,热流较高,热面温度较低,这对提高结晶器使用寿命具有积极意义。     

薄板坯连铸结晶器传热行为的研究

H^2长漏斗型的结晶器(H^2——High speed High quality)是唐钢建设的FTSC工艺薄板坯连铸机的最关键设备。本文通过在结晶器四个面上安装的194个热电偶,实时提供铜板的温度变化和分布情况,研究了薄板坯连铸结晶器的传热特性,并分析了将温度数据转换成的热映像的作用,为工艺参数的调整提供依据。     

薄板坯连铸结晶器铜板热/力行为

基于国内某钢厂CSP漏斗结晶器铜板结构,建立了考虑铜板水槽冷却水流动的薄板坯结晶器铜板三维热/力耦合计算模型,研究分析了典型连铸工艺下结晶器铜板水槽内冷却水的传热特点和铜板温度场与热应力场分布规律,并探讨了冷却水流速及铜板厚度对铜板热/力行为的影响。结果表明,铜板宽面热面与窄面热面最高温度均位于弯月面下约15 mm处,分别达436.5、379.2 ℃。宽面和窄面铜板的最大热应力均位于弯月面下方约25 mm处,分别达876.7、867.8 MPa。宽面铜板的热应力总体比窄面高且分布更为不均匀,螺栓处热面的热应力整体低于其两侧水槽处热面的热应力。增加冷却水流速、减小铜板厚度可减小铜板热面温度与热应力。将螺栓处冷却水缝延长到距结晶器下口30 mm处,可显著改善宽面铜板中下部横向温度分布的均匀性,使其热面横向最大温差减少约19.6 ℃。     

ASP连铸结晶器铜板热流和温度的研究

根据在线实测的铜板温度以及ASP(Angang Strip Production)板坯连铸机冷却参数,建立了ASP板坯结晶器(高1 000 mm,铸坯断口面170 mm×2 000 mm)铜板传热模型以计算结晶器热流密度的分布函数和得出结晶器热流密度与结晶器高度的关系式。结果表明,铜板温度和热流密度的分布具有相似的规律性,结晶器内、外弧铜板宽度方向上中心和角部的热流波动分别约为400 kW/m²和200 kW/m²,其温度差分别约为30℃和20℃。     

结晶器铜板防热裂技术措施

随着板坯连铸机产能不断提高,济钢第三炼钢厂结晶器铜板所承受的热负荷不断增加,热裂问题日益严重,裂纹深度大多在6～8 mm。通过将结晶器铜板镀层厚度采用阶梯分布形式,优化铜板母材导热性能,铜板弯月面加开X型冷却水槽,浸入式水口改用4孔水口,裂纹深度均控制在2 mm以下,铜板单次过钢量由2.2万t提高到6万t。     

Numerical simulation of fluid flow and solidification in continuous slab casting mould based on inverse heat transfer calculation

Abstract

A mathematical model based on an inverse heat transfer calculation was built to determine the heat flux between the mould and slab based on the measured mould temperatures. With K–? turbulence model, a mathematical model of three-dimensional heat transfer and solidification of molten steel in continuous slab casting mould is developed. Solidification has been taken into consideration, and flow in the mushy zone is modelled according to Darcy’s law as is the case of flow in the porous media. The heat flux prescribed on the boundaries is obtained in the inverse heat conduction calculation; thus, the effect of heat transfer in the mould has been taken into consideration. Results show that the calculated values of mould temperature coincide with the measured ones. Results also reveal that the temperature distribution and shell thickness are affected by the fluid flow and heat transfer of slab which is governed by the heat flux on the mould/slab interface.     

Analysis of non-uniform thermal behaviour of special steel during slab continuous casting

A full-scale finite-element model of a slab and its mould was developed to reveal the complex thermal behaviour of special steel in a vertical caster during slab continuous casting. An inverse algorithm was applied to calculate the heat flux and combined with the temperatures measured using thermocouples that were buried in different positions of the mould. The model was validated by comparing the calculated temperature with the measured ones. The temperature distribution of the slab is not symmetric, reflecting the non-uniform nature of heat transfer and hence the necessity of formulating a full-scale model. It will provide a helpful tool for further improving the casting parameters and operations for special steel.     

提高亚包晶钢板坯拉速对结晶器传热的影响

通过对提高亚包晶钢AQ钢种230 mm×1200 mm板坯拉速试验过程中结晶器冷却水参数、铜板测温等数据进行适时记录,并与数学模型及ANSYS商业软件相结合,研究了提高拉速对结晶器平均热流、局部热流、铜板温度场以及坯壳厚度的影响。结果表明,拉速由1.3m/min提高到1.5m/min时,平均热流增加0.1 MW/m²左右,宽边弯月面区域局部热流增加0.13 MW/m²,但均在合理范围内,这与采用高碱度高结晶温度的试验保护渣有关;结晶器窄/宽面平均热流比超过0.9,应适当减少结晶器锥度;宽面坯壳厚度平均减薄4 mm左右,应严格控制结晶器传热强度,以保证连铸工艺稳定和铸坯质量。     

Mould Powder Development for Continuous Casting of Steel

Mould powders significantly determine the stability of the continuous casting process of steel at all casting speeds. The main functions of mould powders are to provide strand lubrication and to control the mould heat transfer in the horizontal direction between the steel shell and the copper mould. The composition, properties and operational performance of mould powders were investigated in detail with a focus on high-speed thin slab casting and conventional slab casting. Various advanced characterisation methods were applied, completed with experiments at laboratory scale and full-scale plant trials. It was found that melting of mould powder at the meniscus and crystallisation of the slag film are key processes during continuous casting. Both powder melting and slag crystallisation are primarily based on the composition of the mould powder and the mould slag. Additionally, the operational parameters during continuous casting will affect these processes as well. Results of the work are used for a further and more fundamental understanding of the mould powder functions and to guide mould powder design for various steel grades.     

板坯连铸结晶器倒角结构和锥度研究

针对板坯连铸铸坯常出现角部横裂纹缺陷,建立了板坯连铸结晶器与铸坯二维瞬态热力耦合有限元模型,研究了板坯结晶器窄面铜板在不同倒角结构和不同锥度情况下铸坯的凝固收缩行为,计算了铸坯在结晶器内的温度和应力分布情况。模型较全面地考虑了保护渣和气隙对传热的影响。数值模拟结果表明：结晶器窄面铜板倒角过大或过小,都不利于铸坯温度的均匀分布;对断面厚度为230mm的铸坯,窄面铜板采用20mm～25mm ×45°;倒角及抛物线锥度时,铸坯表面温度分布最均匀,最大平面主应力分布较合理,角部出现横裂纹的可能性会大大降低。     

外加液态保护渣连铸生产实践与前景展望

 外加液态保护渣可以提高铸坯质量和可浇性。在某厂板坯连铸机上，分别采用液态保护渣和固态保护渣进行多钢种浇注试验，对比液态保护渣和固态保护渣消耗量、结晶器温度分布、拉坯摩擦力及铸坯质量，并对液态保护渣的应用前景进行展望。结果显示，液态保护渣比固态保护渣消耗量增加60%左右，结晶器温度分布更均匀，连铸拉坯摩擦力降低约15%，铸坯质量有所提高。这说明在连铸过程中，液态保护渣使结晶器和铸坯间传热更均匀；液态保护渣润滑效果更好，可以提高铸坯质量。同时，有望不添加F-、Na+等有害离子，改善环保问题。