漏斗形薄板坯结晶器内铸坯传热分析

 为了更好地研究FTSC结晶器内铸坯的凝固过程,基于节点温度传递方法建立薄板坯结晶器内铸坯三维瞬态传热数值模型,采用有限元软件ANSYS模拟结晶器内铸坯三维稳态温度场。对比分析平板形及漏斗形结晶器内铸坯传热规律,探讨了漏斗区传热特点。结果表明,漏斗区内钢水存储空间增大,总热容量增加,漏斗区铸坯宽面表面中心温度升高,坯壳厚度减薄。FTSC结晶器宽面出口温度、坯壳厚度连续变化,与漏斗形布置一致。     

基于Fluent对水平连铸结晶器温度场分布及传热的研究

以水平连铸圆坯连铸生产工艺为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内的温度场分布与凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析。研究发现：水平连铸拉坯工艺参数：拉速V=2．13m／min,浇注温度T=1544℃,中间包过热度△T=40℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高。研究表明,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,并进一步制定合理的拉坯工艺参数,降低管坯质量缺陷的发生,提高铸坯质量。     

水平连铸36Mn2V凝固传热过程的Fluent数值模拟

以水平连铸36Mn2V圆坯结晶器内温度场分布为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了36Mn2V管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内36Mn2V钢液温度场分布及凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析.研究发现:水平连铸拉坯工艺参数:拉速V=2.2(m/min),中间包过热度ΔT=38℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高.研究表明,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,并进一步制定合理的拉坯工艺参数,降低管坯质量缺陷的发生,提高铸坯质量.     

方坯连铸结晶器铜管温度场分析

基于结晶器传热特点建立方坯连铸结晶器三维瞬态传热模型,利用节点温度传递模拟铸坯运行,采用ANSYS软件进行模型分析,经过充分迭代得到结晶器三维稳态温度场,并与传统二维铸坯传热模型进行对比。通过动态边界条件加载技术实现铜壁冷面水垢厚度的连续变化,分析了水垢对结晶器铜壁温度分布的影响。结果表明,在结晶器顶部区域,三维传热模型分析结果与铜壁温度分布规律基本吻合,弯月面下50 mm附近铜壁温度达到高峰,弯月面处水垢厚度由0.1增加到0.5 mm时,铜壁最高温度由187升高至318℃,铜壁高温区域扩大,铜壁变形程度增加。     

板坯结晶器温度场的数值实验

结合连铸机实际操作参数，本文建立了二维非稳态传热的数学模型，采用数值实验，通过计算机研究和模拟板坯结晶器铜板的温度分布。研究结果表明影响结晶器铜壁温度场的两个主要参数是铸坯拉速和冷却水流速。     

不同宽度H2结晶器流动、传热凝固行为对比

薄板坯连铸工艺的H2漏斗形结晶器可以生产宽度860～1 730mm的铸坯.对不同宽度H2结晶器内钢液流动、传热凝固行为进行研究,能加深了解H2结晶器内的冶金行为,并为H2薄板坯连铸设备制造及工艺参数优化提供指导.采用数值模拟技术研究拉速4.5 m/min时,宽度900、1 300、1 700mm结晶器内钢液流动、传热凝固行为.结果表明:结晶器宽度增加,流场变化显著,钢液自由液面近水口处波动加剧.不同宽度下,结晶器出口处铸坯坯壳厚度及其表面温度的差别主要体现在靠近铸坯窄边处.     

水平连铸方坯的凝固传热

本文根据西德Technica Guss水平连铸工艺,采用计算机数值模拟的方法来研究水平连铸方坯的凝固传热。经试验验证表明,可利用该凝固传热模型来预报采用不同连铸工艺参数时的铸坯温度和坯壳厚度分布及液芯长度。浇铸温度Tp、拉坯速度V、结晶器冷却水量Q和冷却水温差ΔTw等主要连铸工艺参数均不同程度地影响铸坯的凝固特性,其中拉坯速度V和冷却水温差ΔTw的影响最为显著。     

小方坯连铸机喷淋结晶器的研究

建立小方坯喷淋结晶器凝固传热数学模型，模拟计算了铸坯温度场、坯壳厚度、热流场，坯壳与铜壁间气隙厚度。计算坯壳厚度与实测坯壳厚度基本吻合；与普通水缝式结晶器相比，铸坯温度场均匀，坯壳厚度均匀，冷却强度有所提高。     

影响弧形小方坯结晶器温度场的因素分析

根据现场实际工艺条件，建立弧形小方坯结晶器二维非稳态传热的数学模型，采有限单元法求解温度场；并分析、讨论钢水含碳量、冷却水的流带和温度以及铜壁厚度对温度分布的影响。     

连铸结晶器内大方坯的热力耦合分析

针对攀钢大方坯连铸机投产初期铸坯表面角部纵裂缺陷,建立了大方坯连铸结晶器内铜板与铸坯问的热力耦合模型,应用模型分析了大方坯连铸结晶器内的传热过程和坯壳的应力分布.在传热模型中,以稳态模型分析结晶器的传热过程,以瞬态模型分析铸坯的传热过程;在力学模型中,考虑铸坯和结晶器的接触边界以处理结晶器角部的气隙,以热弹塑性模型分析铸坯的变形和应力场.2种结构的连铸结晶器中大方坯温度场和应力场计算结果表明,结晶器倒角从25 mm×45°变为12 mm×45°时,可改善铸坯角部的传热条件,降低凝固坯壳角部温度,增加凝固坯壳厚度,有利于减轻和防止铸坯角部裂纹.     

薄板坯连铸结晶器铜板温度及热流密度分布

薄板坯连铸结晶器的传热过程直接影响到铜板的寿命,有必要研究薄板坯连铸结晶器的传热特征。为了研究薄板坯结晶器的热流密度,通过开发的结晶器温度监测软件检测了珠钢结晶器铜板的温度。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,同时通过二次回归得出了结晶器热流密度与结晶器高度的关系式。结果表明,在宽度方向上铜板温度和热流密度的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大于4．2MW／m^2,是造成结晶器铜板被侵蚀的主要原因。     

Heat Withdrawal in the Mold in Continuous Casting of Steel. Review and Analysis

Two principal methods are used to investigate the heat transfer in the continuous casting mold. The direct way is to measure cooling water temperatures, mold wall temperatures, strand temperatures and shell thickness in actual operation, and then deduce from these data the correlations for heat flux densities. The other way is to investigate the “unit operations” of heat transfer theoretically or experimentally in the laboratory, viz. heat transfer through a layer of casting flux or of gas, and heat transfer in a copper wall cooled on one side by water. The results obtained in this approach can then be used to explain the data determined with the direct method and to optimize the heat transfer behaviour of the mold in the machine. In the first part of this paper some unit operations are discussed and engineering formulae are given for computation of the heat resistances of the gap and the copper/water system. In the second part of the paper the available operational data on heat flux density are analysed. Algorithms are presented for computation of local and average heat flux density as functions of casting speed, carbon content of the steel and composition of the casting flux. Finally, values of shell thickness are computed with the correlation for heat flux density and are compared with the measured data.     

板坯ø230 mm支撑辊周期性热负荷模拟分析

板坯支撑辊是板坯连铸机的重要组成部分,支撑辊轴承位的温度及辊面温度直接决定了支撑辊能否正常运行。为了探明转动过程中辊子各部位的温度分布规律,对板坯ø230 mm支撑辊周期性转动过程中的辊子传热过程进行了模拟研究。结果表明,板坯ø230 mm支撑辊在连铸过程中受板坯辐射、冷却水及空气散热影响,在连铸约1 500 s时温度达到稳态,且在有冷却水影响时辊子投影向空气侧半圆中部温度为250 ℃左右,在无冷却水影响时温度为270 ℃左右;在有冷却水影响时辊子投影向板坯侧半圆最高温度为272.3 ℃,在无冷却水影响时温度为290.0 ℃左右。通过与实测数据对比,证明本文计算模型能很好地预测连铸支撑辊的温度分布,可为其设计提供理论支持。     

不同拉速对薄板坯凝固过程及组织的影响

针对薄板坯在凝固过程中容易出现铸坯裂纹、疏松、缩孔等质量问题,以某厂生产的高拉速薄板坯为研究对象,通过建立传热凝固有限元和元胞自动机相结合的CAFE模型,基于ProCAST平台开展凝固传热全过程数值计算,探究不同拉速下的结晶器末端坯壳生长情况、不同拉速对凝固传热过程的温度场和三维凝固组织的影响.结果表明,在不同的拉速下...     

中薄板坯高拉速连铸结晶器平均热流研究

对引进的中薄板坯高拉速铸机结晶器平均热流进行了研究，分析了拉速、冷却水量、结晶器锥度、浇注温度等因素对平均热流的影响，并对其一些传热特点进行了讨论。     

板坯ø230 mm支撑辊周期性热负荷模拟分析

板坯支撑辊是板坯连铸机的重要组成部分,支撑辊轴承位的温度及辊面温度直接决定了支撑辊能否正常运行。为了探明转动过程中辊子各部位的温度分布规律,对板坯ø230 mm支撑辊周期性转动过程中的辊子传热过程进行了模拟研究。结果表明,板坯ø230 mm支撑辊在连铸过程中受板坯辐射、冷却水及空气散热影响,在连铸约1 500 s时温度达到稳态,且在有冷却水影响时辊子投影向空气侧半圆中部温度为250 ℃左右,在无冷却水影响时温度为270 ℃左右;在有冷却水影响时辊子投影向板坯侧半圆最高温度为272.3 ℃,在无冷却水影响时温度为290.0 ℃左右。通过与实测数据对比,证明本文计算模型能很好地预测连铸支撑辊的温度分布,可为其设计提供理论支持。     

微合金钢连铸坯角部裂纹控制技术研发及应用

微合金钢连铸过程频发铸坯角部裂纹缺陷是钢铁行业的共性技术难题。基于微合金钢铸坯角部裂纹组织结构与析出特征检测，以及铸坯在结晶器与二冷铸流内的凝固热/力学行为演变规律定量化模拟，开发形成了基于新型角部高效传热曲面结晶器和铸坯二冷高温区角部晶粒超细化控冷工艺与装备的微合金钢连铸坯角部裂纹控制技术。研究结果表明，传统板坯连铸工艺下，窄面直线型结晶器无法充分补偿坯壳收缩，致使厚保护渣膜与气隙在坯壳角部集中生成，大幅降低了结晶器中下部坯壳角部传热，引发微合金碳氮化物沿奥氏体晶界析出。传统二冷配水条件下，奥氏体晶界不可避免生成先共析铁素体膜低塑性组织。两者共同作用致使铸坯角部高温塑性不足而引发裂纹。通过开发新型曲面结晶器，坯壳角部于其内高效传热，凝固全程冷却速度大于5℃/s，弥散化了微合金碳氮化物高温析出。同时，基于窄面足辊超强冷新控冷结构，对铸坯角部实施γ→α→γ循环相变，铸坯角部晶粒显著超细化，高塑化控制了铸坯角部裂纹产生。     

基于无网格伽辽金法的板坯传热及力学行为

 与基于网格离散的数值计算方法相比,无网格方法利用离散节点代替网格单元,回避了拓扑结构复杂、单元编号和信息传递等问题,在模拟分析相变界面移动、大变形、裂纹动态扩展等方面展现出极大的适用性。依据移动最小二乘法构造了场量近似函数,针对连铸板坯在结晶器初始凝固过程中的传热特征,构造和推导了基于无网格伽辽金法的板坯传热和凝固行为控制方程,结合采用伽辽金积分弱形式和变分原理,建立了铸坯热弹塑性二维横截面数值计算模型,以连铸生产现场实测铜板温度反算的结晶器热流为边界条件,模拟和分析了结晶器内初生坯壳的非均匀传热、应力和应变。研究结果表明,板坯在结晶器内宽度方向的传热和力学行为呈现出显著的非均匀特征,在距离弯月面200 mm范围内是应力应变快速增长阶段,之后应力应变增长速度放缓,距弯月面550 mm处,铸坯等效应力和应变出现极大值,分别为15.97 MPa和0.76%;在宽度方向上,角部受二维散热的影响,温度下降较快,出现应力集中现象,相邻的偏角部存在应力应变低谷,与角部在温度、应力、应变方面存在较大差异。上述结果验证了无网格方法计算铸坯非均匀传热、力学行为的可行性和适用性,为无网格方法应用至铸坯裂纹萌生与扩展的研究提供基础和参考。     

小方坯结晶器水温水速对传热过程影响

通过建立结晶器内钢液和水的二维对流-传热耦合模型过程,研究了小方坯结晶器冷却水入口温度和流速对铜管温度和结晶器内平均热流的影响.该模型使用Fluent进行求解,模拟了钢液和冷却水的流动和传热,凝固坯壳的生长,以及热量以辐射和导热两种通过保护渣和气隙.通过将坯壳厚度和铜管温度与其他研究的结果进行对比来验证模型准确性.研究结果表明,结晶器冷却水的温度显著影响铜管的冷面温度,水温超过313 K会导致铜管冷面最高温度超过水的沸点.水流速升高0.49 m·s-1能够消除水温升高4 K带来的不利影响.