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异形坯连铸结晶器内钢液流动状况的三维数值模拟

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钢铁研究学报 2002年第5期14卷 21-25页

作者：杜艳平杨建伟崔小朝史荣刘才太原重型机械学院材料工程分院山西太原030024 燕山大学机械学院河北秦皇岛066004

建立了异形坯连铸过程中结晶器内钢液三维湍流模型 ,开发了计算程序 ,并用它研究了马鞍山钢铁公司 5 0 0 m m× 40 0 mm× 12 0 mm异形坯连铸结晶器内的钢液流动情况 ,重点分析了水口结构和工艺参数变化时异形坯结晶器内涡心深度的变化... 详细信息

建立了异形坯连铸过程中结晶器内钢液三维湍流模型 ,开发了计算程序 ,并用它研究了马鞍山钢铁公司 5 0 0 m m× 40 0 mm× 12 0 mm异形坯连铸结晶器内的钢液流动情况 ,重点分析了水口结构和工艺参数变化时异形坯结晶器内涡心深度的变化规律以及液面湍动能的分布状态。结果表明 :水口夹角为 12 0°时 ,结晶器内流场分布较为合理 ;水口宜上倾 ,且倾角不宜超过 15°;涡心深度和液面湍动能均随拉速的提高而增大。该模拟结果对现场生产具有重要指导意义。

关键词：异形坯连铸结晶器钢液流动三维数值模拟湍动能涡心深度

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异形坯连铸结晶器内三维流场的数值模拟

中国有色金属学报 2001年第Z2期11卷 248-252页

作者：杨建伟杜艳平史荣崔小朝刘才太原重型机械学院机电工程分院太原030024 燕山大学机械学院秦皇岛066004

根据湍流理论及异形坯连铸的特点 ,建立了异形坯结晶器三维流场数学模型 ,对不同条件下的流场进行了数值模拟 ,分析了水口结构和工艺参数变化时异形坯结晶器内涡心深度的变化规律及液面湍动能的分布状态。结果表明 :采用上倾式水口 ,水... 详细信息

根据湍流理论及异形坯连铸的特点 ,建立了异形坯结晶器三维流场数学模型 ,对不同条件下的流场进行了数值模拟 ,分析了水口结构和工艺参数变化时异形坯结晶器内涡心深度的变化规律及液面湍动能的分布状态。结果表明 :采用上倾式水口 ,水口夹角为 12 0°,拉速为 0 .9m/s时 ,结晶器内流场分布较为合理 ,液面较稳定。模拟结果与水模实验结果吻合较好。该模型可对连铸过程进行离线分析 ,确定最佳参数 ,并可作为在线控制模型的基础。

关键词：异形坯连铸结晶器湍动能涡心深度

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异形坯连铸充型凝固过程数值模拟

特殊钢 2010年第4期31卷 11-13页

作者：晋艳娟崔小朝张柱太原科技大学应用科学学院太原030024

利用CFD商用软件Flow-3d,对单双水口Q215钢750 mm×450 mm×120 mm异形坯连铸结晶器内钢水充型凝固过程进行数值模拟,得到了速度场、温度场的分布图和充填过程自由表面的位置和形状图。分析了单双水口模型对速度场及凝固的影响。结果表... 详细信息

利用CFD商用软件Flow-3d,对单双水口Q215钢750 mm×450 mm×120 mm异形坯连铸结晶器内钢水充型凝固过程进行数值模拟,得到了速度场、温度场的分布图和充填过程自由表面的位置和形状图。分析了单双水口模型对速度场及凝固的影响。结果表明,双水口模型可以减轻结晶器上部回流的强度,减小冲击深度,提高传热效率,加快结晶器内钢液的凝固速度,有助于提高铸坯的质量和提高拉速。

关键词：异形坯连铸充型凝固数值模拟

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异形坯连铸结晶器锥度的优化设计

异形坯连铸结晶器锥度的优化设计

作者：周建川燕山大学

学位级别：硕士

结晶器是连铸机的核心部件。锥度是结晶器最重要的参数之一,它直接影响着结晶器的使用寿命和铸坯的质量。合适的倒锥度既能提高结晶器的冷却效果,防止漏钢事故的发生,还能够防止或减少纵向裂纹的产生,提高铸坯的质量。异形坯结晶器的内... 详细信息

结晶器是连铸机的核心部件。锥度是结晶器最重要的参数之一,它直接影响着结晶器的使用寿命和铸坯的质量。合适的倒锥度既能提高结晶器的冷却效果,防止漏钢事故的发生,还能够防止或减少纵向裂纹的产生,提高铸坯的质量。异形坯结晶器的内腔形状复杂,其锥度对于连铸生产的影响更大,开展其锥度的优化设计研究很有必要。本文运用数值模拟方法,利用有限元软件ANSYS,一方面模拟750mm×450mm×120mm大型异形坯在结晶器内的凝固收缩,另一方面还模拟了结晶器铜板的热变形,综合考虑铸坯的收缩和铜板变形确定了结晶器铜板的锥度。首先,建立异形坯在结晶器内的二维非稳态热力耦合数学模型,运用ANSYS软件,使用二维切片法对不同拉速下铸坯的凝固收缩过程进行模拟,得到了不同拉速下铸坯温度场分布,应力场分布,坯壳生长情况和铸坯收缩状况,以此作为异形坯结晶器铜板锥度设计的基础数据。其次,建立异形坯结晶器铜板的三维稳态热力耦合数学模型,运用ANSYS软件模拟不同拉速下铜板的温度场,得到不同拉速下铜板温度场分布,并运用温度场计算结果进行热力耦合计算,得到不同拉速下结晶器铜板的应力场分布和膨胀变形。最后,依据铸坯在结晶器内的收缩变形规律,并结合结晶器铜板的热变形情况,得到不同拉速下结晶器铜板的理想锥度曲线。结果表明:异形坯结晶器内腔轮廓的最优锥度为多锥度的抛物线。基于模拟结果给出了750mm×450mm×120mm异形坯结晶器的参考设计锥度,设计结果与工厂实际运行的结晶器的锥度有很好的一致性。本研究的方法和成果可以为异形坯结晶器的设计提供参考。

关键词：异形坯连铸结晶器锥度温度场热力耦合分析凝固收缩

异形坯连铸过程流场与温度场耦合三维数值模拟

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金属学报 2001年第7期37卷 767-771页

作者：杨建伟杜艳平崔小朝史荣刘才太原重型机械学院机电分院太原030024 燕山大学机械学院秦皇岛066004

建立了异形坯内流体流动与凝固传热的三维耦合模型，充分考虑了对流换热对凝固过程的影响，分析了铸坯与钢液之间的相互作用，并对不同工艺条件下的温度场进行了比较．运用此模型可预报铸坯的温度场、坯壳厚度及液芯长度等，便于现场调... 详细信息

建立了异形坯内流体流动与凝固传热的三维耦合模型，充分考虑了对流换热对凝固过程的影响，分析了铸坯与钢液之间的相互作用，并对不同工艺条件下的温度场进行了比较．运用此模型可预报铸坯的温度场、坯壳厚度及液芯长度等，便于现场调整工艺参数．

关键词：异形坯连铸数值模拟流场温度场耦合

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异形坯连铸二冷区动态配水控制研究

异形坯连铸二冷区动态配水控制研究

作者：连天龙燕山大学

学位级别：硕士

H型钢作为一种经济断面型材,广泛应用于交通、建筑及重型设备制造等领域,市场需求量很大。异形坯作为一种近终形连铸产品,用其轧制H型钢具有耗能低、工序少、成材率高、成本低等诸多优点。我国异型连铸坯生产量不能满足市场需求,异型坯... 详细信息

H型钢作为一种经济断面型材,广泛应用于交通、建筑及重型设备制造等领域,市场需求量很大。异形坯作为一种近终形连铸产品,用其轧制H型钢具有耗能低、工序少、成材率高、成本低等诸多优点。我国异型连铸坯生产量不能满足市场需求,异型坯连铸技术也不成熟,开展异型坯关键技术的研究很有必要。异型坯断面形状复杂,生产中更易出现质量缺陷。二冷区配水的合理与否是影响连铸坯质量最为关键的因素。因此,研究如何准确地预测出二冷区各段的温度并且对各段水量的分配进行相应的合理控制具有十分重要的意义。本文以500mm×325mm×105mm异形坯为研究对象,针对异型坯连铸二次冷却过程,基于凝固传热理论建立其二维凝固传热模型,采用非等间距网格离散空间区域,采用显式有限差分算法离散传热方程,以铸坯温度为控制目标建立了PID反馈控制模型。应用Visual Basic 6.0程序设计语言,开发了连铸二冷区动态配水控制软件。该软件在拉速和浇注温度保持恒定的情况下可模拟异形坯凝固传热过程并以温度曲线和温度云图的形式来给出铸坯温度场。在铸坯拉速和浇铸温度发生变化后,本软件能够对进入二冷区的铸坯信息进行全程跟踪、记录、显示并动态地分配二冷各区的水量,保持铸坯温度分布的稳定。软件界面友好、通用性强,运行结果证明控制效果良好,为异形坯连铸机的结构参数和连铸过程的工艺参数优化设计提供了依据。

关键词：异形坯连铸二次冷却有限差分法动态配水 PID控制技术

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异形坯连铸结晶器流场与锥度的研究

异形坯连铸结晶器流场与锥度的研究

作者：申权燕山大学

学位级别：硕士

H型钢具有比刚度大、强度高、便于拼装组合等显著特点，在石油、水力、化工、能源、以及建筑、电力等领域中应用广泛。异形坯外形接近于最终成品型材的形状，属于近终形连铸产品，作为生产H型钢的最佳坯料，使用其直接轧制H型钢，具有... 详细信息

H型钢具有比刚度大、强度高、便于拼装组合等显著特点，在石油、水力、化工、能源、以及建筑、电力等领域中应用广泛。异形坯外形接近于最终成品型材的形状，属于近终形连铸产品，作为生产H型钢的最佳坯料，使用其直接轧制H型钢，具有成本低、节省能源及生产效率高等优点。国外H型钢占大型型材产量的比例很高，我国对H型钢的需求量也很大，但我国异形坯产能远远不能满足国民经济生产的需要，异形坯连铸技术在我国具有广阔的发展前景。并且由于我国异形坯连铸机的设计与操业经验不足，因此对异型坯连铸技术进行深入研究具有十分重要的意义。本文针对750mm×450mm×120mm大型异形坯，根据异形坯连铸的特点，主要研究了异形坯连铸过程中的关键工艺参数对铸坯质量的影响。使用商业软件FLUENT和ANSYS对结晶器内钢液流场、液面波动、流动传热、凝固、收缩以及结晶器铜板的热变形进行了仿真分析，为异形坯连铸机的设计及操业提供了依据。首先，使用FLUENT中的VOF模型研究了异形坯结晶器内钢液液面的波动情况。分析了三侧孔水口侧孔夹角、侧孔倾角、插入深度、拉速等对液面波动的影响，确定水口及相关工艺参数。其次，应用FLUENT中的凝固融化模型对结晶器内流动传热过程进行了数值模拟。分析研究了拉速及钢液过热度对结晶器内流动传热的影响，确定了最适拉速及过热度。最后，利用ANSYS建立了铸坯在结晶器内的凝固、收缩模型及异形坯结晶器铜板热力耦合模型，分析了拉速对铸坯收缩、结晶器铜板温度及变形的影响，确定异形坯结晶器铜板的设计的参考锥度。

关键词：异形坯连铸结晶器浸入式水口流场温度场锥度