钢包底温度场和应力场数值模拟

钢包是连铸生产线上的重要设备，其内衬的热应力是影响钢包寿命的主要因素。本文运用有限单元法，对钢包底的温度场和应力场进行了数值模拟。计算结果表明，新包预热后仍处于吸热状态，经数次热循环后才达到“准稳态”；包底工作层应力值在预热完成后，钢水注入瞬时达到最大；包底工作层热面靠近包壁处的应力比靠近中心部位高，可在靠近包壁处增设保温装置降低该处应力。     

直流电弧电渣钢包炉电磁场速度场温度场的三维数值模拟

应用保角变换，采用贴体坐标，建立了非规范正交曲线坐标系的直流电弧电渣钢包炉钢液与两相流的电磁场、速度场、温度场的三维数学模型，用ψ＾→－ω＾→法进行了联立耦合数值计算，在生产过程中测量电磁场与温度场，预测与实测结果基本一致。     

煤气成分和流量对钢包烘烤温度场影响的数值模拟

为研究某厂的钢包烘烤效果,对烘烤过程的流动、燃烧、传热现象进行数值模拟研究,利用计算流体力学软件FLUENT,采用有限差分方法和速度-压力耦合算法SIMPLE,重点分析了不同煤气流量和煤气成分下,钢包内温度分布的变化规律,并进行了实验验证。计算结果与实验及工程现象基本吻合,证明该模型对指导现场生产具有重要意义,为该厂钢包烘烤过程中混合煤气的使用提供了重要依据。     

钢包烘烤温度场的数值仿真与优化

 为优化某厂的钢包烘烤制度,耦合了烘烤过程中流体流动、燃烧和换热过程,建立了用于数值计算的三维数学模型,利用计算流体力学软件FLUENT,采用有限差分方法和修正的速度-压力耦合算法SIMPLEC,计算了钢包内的燃烧现象,重点分析了不同煤气流量下钢包内煤气燃烧温度场的变化规律,并进行了试验验证。结果表明,煤气流量800 m3/h时,烘烤温度较为理想,并且烘烤均匀性好,是提高炉壁温度的最佳流量,计算结果与试验结果基本吻合。提出了可供现场参考的烘烤工艺参数。     

中厚板淬火冷却过程温度场热应力场数值模拟

建立了中厚板淬火冷却过程温度场、热应力场数学模型,通过有限元数值模拟方法,研究了中厚板无约束淬火过程温度场、热应力场变化情况,为优化中厚板淬火工艺,保证淬火质量提供依据.     

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。     

节能型加盖钢包钢水热耦合数值模拟研究

以钢厂生产用100 t钢包为研究对象,对静置过程的耦合场进行数值模拟研究,运用Fluent软件对钢包静置过程的温度场进行数值模拟计算,得到钢包加盖前后的温降变化曲线,分析包盖对钢包温度场的影响;设置钢包静置时间分别为10 min和60 min,分析静置过程包衬温度变化曲线。结果表明:钢包在前10 min温降比较快,而随着静置时间的延长,钢包温度下降的趋势变缓。钢包全程加盖技术节能效果显著,转炉出钢温度损失平均减少15℃,每吨钢成本降低0.8元以上。     

罩式退火钢卷温度场及应力场数值模拟

温度和热应力是罩式退火过程中的两个重要参数。分别采用有限差分法和有限元法建立了钢卷退火过程中温度场及应力场计算模型，从理论上定量研究退火钢卷温度和热应力变化过程，并与实测温度曲线进行比较，得出退火过程各阶段钢卷温度和热应力分布规律，对冷轧钢卷罩式退火工艺优化具有指导意义。     

蓄热式钢包烘烤的数值模拟

为了对钢包的烘烤温度进行在线预测,笔者耦合了流体流动、燃烧和换热过程,建立了多入口、多出口的三维非稳态钢包烘烤数学模型。利用计算流体力学软件CFX4．3,采用有限差分方法和修正的速度一压力耦合算法SIMPLEC,计算了某厂蓄热式钢包内衬的温度分布,重点分析了不同气体预热温度下钢包内衬温度的变化规律,并进行了实验验证。结果表明,采用助燃空气一煤气双预热的蓄热式燃烧技术能够有效地提高钢包的烘烤速度和加热均匀性;气体预热温度越高,包衬终点温度越高,温度均匀性也越好。计算结果与实验及工程现象基本吻合,证明该模型对指导现场生产具有重要意义。     

钢包稳态温度场的有限元模拟

建立了80 t钢包有限元传热模型,运用ANSYS软件计算了不同条件的钢包稳态温度场,得出钢包各层都达到热饱和的温度场分布云图和包壁外表面温度分布曲线;分析了钢包壁、包底、覆盖剂材质及厚度对热损失的影响。结果表明:钢包的热损失主要是通过包壁,绝热层的导热系数宜低于0.10 W／(m·℃);覆盖剂厚度为40 mm左右,导热系数以小于0.05 W／(m·℃)为宜。     

铁水罐应力场有限元分析

在大型铁水罐的设计校核过程中,准确确定铁水罐各处的应力分布对铁水罐的安全可靠运行具有十分重要的意义.针对包钢集团设计的120 t铁水罐的使用特点,对铁水罐在吊起、倾翻和返回铁水罐车上3种状态下各种应力的分布、数值和方向,即应力场进行了有限元校核分析,分析结果与铁水罐的实际运行情况相符.此分析方法简单、可靠、合理,可为铁水罐设计时的校核分析提供理论依据.     

重钢80t钢包瞬态温度场的模拟研究

通过建立钢包传热数学模型和有限元模拟计算，分析了重钢炼钢厂80t钢包不同烘烤温度、不同绝热层材质对钢水温降的影响，提出了钢水温降速度低于1．5℃/min、的优化方案，模拟结果与现场实测数据基本吻合，为重钢炼钢厂减少钢水温降提供了依据。     

冶炼过程钢包温度场和钢水温降的研究

采用有限差分法,建立了钢包的传热物理模型和耐火材料层的温度分布模型,研究炼钢过程中钢包包衬温度场分布和钢水温降的影响.结果表明热态空包每多停留1 min,后续钢水温降增加约0.26℃;空包停留1 h后进行1 h的离线烘烤,后续出钢阶段钢水降温约12℃;永久层导热系数越小,永久层的温度梯度会越大,隔热效果会越好,工作层宜...     

小方坯连铸过程温度场和流场的实时模拟

为了寻求在瞬态下仍然有效的实时模拟模型,以便模拟连铸的全过程,基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法和Lam-Bremhorst低雷诺数k-ε方程,建立了考虑湍流的传热和流体流动的实时模拟模型.该模型有效地实现了移动计算域下的动态网格扩展,可以模拟从拉坯到切割坯连铸全过程的温度场与流场的变化.作为实例,X70钢小方坯的模拟效果与实验验证吻合很好.     

预热温度对钢包盛钢时的内衬温度及应力影响

为了确定合适的钢包烘烤预热温度,以某钢厂90t整体铝镁浇注料钢包为原型进行数值模拟,利用有限元分析软件ANSYS,采用间接耦合法进行计算,得出了不同烘烤预热温度工况下,钢包盛钢时的内衬温度变化及应力分布。结果表明:提高钢包预热温度可以降低钢包内衬的温升及钢液温降幅度,减小钢包内衬的温度梯度,减少内衬材料受热应力所引起的热震破坏,从而延长钢包使用寿命。综合考虑钢包内衬水分排除、节能及热应力分布等因素,钢包预热温度取1 173~1 273K最佳;钢包底部的烘烤预热温度应提高到1 373K。     

高速线材轧制全程温度曲线有限元模拟

采用Deform模拟计算加热炉铸坯温度分布,并通过‘黑匣子’试验验证,当加热时间为70 min时,铸坯心部与表面温差约66℃,80 min时降到15℃.模拟计算轧制和水冷过程心部和表面温度曲线,并通过测温仪验证,得出准确的摩擦热、塑性变形热以及水冷换热系数模型.采用Fluent模拟计算风机的风场,使用手持测风仪验证,再建立盘条搭接点温度模型,计算出风冷线上强迫对流换热、自然换热和辐射换热系数以及相变潜热,使用热成像仪测温验证.模拟与试验结果十分吻合.     

炼钢厂钢包的传热数模研究

研究钢包热循环过程中各个阶段的传热数学模型,分析钢包装钢、静置传运、吹氩和预热烘烤阶段的钢水传热现象,完成了钢包热循环的数值模拟,为合理制定钢包温度制度提供了一定的依据。     

钢包包衬侵蚀对内衬温度和钢水温降的影响

为了研究包衬侵蚀对钢水温降的影响规律,通过ANSYS有限元软件以及ParaMesh网格随移技术建立了考虑包衬侵蚀的钢包传热计算模型,研究并分析了包衬侵蚀对包衬及钢水温度的影响规律。结果表明,包衬侵蚀对包衬温度影响较大,在相邻两个修包周期内,包衬侵蚀造成渣线和包壁的包衬内部(工作层与永久层交界处)温差为14～114 K;包衬侵蚀导致包壳外表面温度升高,包壳向外散热增加,与此同时,包衬受侵蚀变薄,蓄热减少,两者同时作用导致包衬侵蚀对钢水温降影响不大,最高不超过1 K,在实际生产中可以适当地忽略钢包侵蚀对钢水温降的影响。