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。     

软接触气膜连铸的实验研究

通过实验研究了软接触气膜连铸方法 .在连铸过程中 ,该气膜减少了结晶器壁与金属的接触 ,增加了界面热阻 ,对铸坯质量有重要影响 .研究了气膜连铸稳定操作的必要条件 ,发现气体的背压随气体流量的增大而增大、随拉坯速度的增大而减小 ,这为进一步改进连铸工艺和结晶器的设计提供了重要实验依据 .     

水平连铸结晶器合理锥度的计算

结晶器是水平连铸的关键部件,其合理的锥度对改善结晶器的冷却效果、提高铸坯的质量和产量、发展水平连铸技术有着重要意义。本文根据结晶器内铸坯凝固过程中的气隙分布规律,提出了浇铸20~#钢时圆坯断面的结晶器锥度计算方法。     

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。     

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。     

水平连铸坯热应力的计算和分析

应用铸坯凝固过程中的热弹塑性应力模型,对马钢水平连铸热试期间的铸坯进行了传热、应力和应变分析计算。定量地反映了铸坯的热应力分布,指出水平连铸铸坯出结晶器后,表面温度回升太大,可能产生中间裂纹和中心裂纹。     

板坯连铸粘结型漏钢过程模拟及预报

建立了板坯连铸结晶二维导热数学模型，计算了在下沉拉坯状态下结晶器铜版的温度场及铸坯发生拉时结晶器温度场的变化，通过对粘结型漏钢过程的模拟和拉时结晶器温场的分析，提出了对粘结型拉漏进行预报的预测参数。     

电磁软接触中电磁场的影响因素

为了提高铸坯的表面质量和结晶器的寿命,国内外很多学者对电磁软接触连铸技术进行了研究,研究表明电磁软接触连铸技术能有效的控制钢液的初始凝固过程,改善钢液的初始凝固状态,从而在高拉速的条件下生产出无表面缺陷的铸坯,提高成品率,节约能源。综述了电磁软接触连铸过程中结晶器结构、电源频率、感应线圈位置等工艺参数对磁场大小和分布规律,以及电磁场对弯月面变形规律的影响。     

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.     

板坯连铸结晶器内温度/应力场耦合模型

考虑结晶器铜板中水槽的结构尺寸和分布、结晶器锥度对铸坯温度场和变形的影响,建立了连铸结晶器内热和应力状态的有限元耦合分析模型.利用该模型模拟了结晶器内钢水凝固过程温度分布和铜板的热机械变形,结果与实际符合较好.     

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。     

钢铁材料矩形坯半固态连铸机研制

针对低过热浇注、结晶器润滑、快速制备半固态浆料、非圆坯料与圆形注口的协调等矩形坯半固态连铸中的特殊问题,采用立式机型,用电磁搅拌与温度控制结合法制得半固态浆料,采用低压渗油终结晶器、连续变截面预结晶器等技术,设计了适用于钢铁材料的半固态连铸机.试用结果表明:采用预结晶器、终结晶器的双结晶器式结构可以方便实现半固态浆料的制备、运输和浇注成形,低压渗油技术可使终结晶器得到有效润滑.     

连铸坯截面尺寸对流动、凝固及溶质分布的影响

采用方坯连铸过程三维紊流、凝固传热及溶质传输的耦合模型,在其他模拟条件相同的情况下,研究铸坯截面尺寸对连铸过程的影响·结果表明,截面尺寸大者,入流速度大,更深浸入铸坯内部,带动较多钢液随之流动,在结晶器上部的紊流程度较高·对于FeC二元合金,由温度和溶质浓度共同决定了凝固坯壳的分布·小截面尺寸铸坯,溶质在各截面上偏析更为严重·其凝固坯壳也较薄,为防止拉漏,应采用长结晶器     

Thermomechanical Behavior in Continuous Bloom Casting with Different Mold Tapers

A two-dimensional finite element model was used to analyze the thermal and mechanical behavior during solidification of the strand in a continuous bloom casting mold. The coupled heat transfer and deformation were analyzed to simulate the formation of the air gap between the mold and the strand. The model was used to investigate the influence of mold taper on the temperature and stress distributions in the strand. The results show that the air gap mainly forms around the strand corner, causing a hotter and thinner solidifying shell in this region. The mold taper partially compensates for the strand shell shrinkage and reduces the influence of the air gap on the heat transfer. The mold taper compresses the shell and changes the stress state around the strand corner region. As the strand moves down into the mold, the mold constraint causes compressive stress beneath the corner surface, which reduces the hot tear that forms on the strand.     

电磁软接触连铸圆坯结晶器磁场分布数值模拟研究(Ⅰ)——数学物理模型及数值计算结果的实验验证

描述了自行设计的电磁软接触圆坯连铸结晶器,给出了相应的三维圆坯连铸结晶器电磁软接触电磁场的数学模型.采用有限元方法对数学模型进行数值求解,在对数值计算结果进行实验验证后,系统地研究三维圆坯连铸结晶器内磁场分布.数值解与实验结果误差小于5%.分别考察了结晶器结构参数,钢液液面高度、电流强度等参数对结晶器内磁场分布的影响.定量地得到了结晶器内磁感应强度随各种结构参数和操作参数变化的规律.为电磁软接触连铸圆坯结晶器的设计和实际操作提供了理论依据.     

电磁软接触连铸圆坯结晶器传热分析

针对电磁软接触连铸过程,建立了结晶器三维电磁场及温度场模型,研究了电流、电源频率、铸坯与结晶器间热流密度以及绝缘材料导热性能对温度场的影响.结果表明,在高频电磁场作用下结晶器壁温度相比传统连铸结晶器有所提高.当前计算条件下,频率和电流增大,结晶器壁峰值温度随之升高.热流密度的大小直接决定着结晶器壁的温度分布,热流越大,温度沿高度方向的不均匀性越明显,沿结晶器周向,由于材料不连续引起的温度梯度也越大.绝缘填缝材料的导热性能对结晶器壁温度分布有较大影响,导热性能差的绝缘材料使温度沿高度方向出现两个峰值,分别对应于切缝的两端,加大了铜壁的温度梯度.     

高效连铸结晶器的应用实践

实践表明抛物线锥度结晶器可使拉速显著提高 ,漏钢率降低 ;采用端面密封结晶器可提高铜管寿命 ;采用固定导流水套可解决铸坯菱变问题。