薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热分析
THREE DIMENSIONAL HEAT TRANSFER OF COOLING COPPER PLATE OF THIN SLቤተ መጻሕፍቲ ባይዱB CONTINUOUS CASTING MOLD
YANG Gang1) , LI Baokuan1) , YU Yang2) , QI Fengsheng1)
1) School of Materials and Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110004 2) School of Mechanical Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072 Correspondent: LI Baokuan, professor, Tel: (024)83672216, E-mail: lbk6382@ Supported by National Natural Science Foundation of China (No.50474085) Manuscript received 2006{06{05, in revised form 2006{10{17
w 43 w3t 2007 k 3 d w 332|336 8
ACTA METALLURGICA SINICA
Vol.43 No.3 Mar. 2007 pp.332{336
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>Q: 'v | xa t G D6T ~ C(0>B Samarasekera s 1] CrTs 2] '6L {o>tq ,XDa OY q . P T>yQ ;: r fT {o 6 7fT Ztza q] P Thomas s 3] 6LQ ] nbGD qQ | xa qt GCH<G bG 3Z Zn6Ls 6 Lu s 4] r | xa ] 4m oxM 6 a qt GCH <G DbG { m q, |< ,hU tz| xa q] P{ vYTQ V] q q> | xa
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* g& $)Z D %^f=FZ $ c 50474085 6nW' u : 2006{06{05, 6n ' u : 2006{10{17 .wk : 3 # e 1978 l" B/"
ABSTRACT A mathematical model has been developed for three-dimensional heat transfer to analyze the temperature eld on the cooling copper plate of the thinslab continuous casting mold. Especially, the di erent boundary conditions are applied alternatively for the cooling slots and back plate of cold face of mold copper plate. The self{developed computer code in the visual Fortran language is used to solve the temperature eld. Numerical results show that the temperature distribution on the hot face of copper plate is cloudy{shaped, and that on the cold face is icicle{shaped. The in uences of operational parameters (casting speed, copper plate thickness and cooling water ow rate) on the copper plate temperature eld are analyzed. Calculated values of temperature at typical positions agree well with the measured ones. These results are helpful to optimize the operational parameters and mold design. KEY WORDS thin slab continuous casting, three dimensional heat transfer, mold, copper plate, temperature eld
板坯连铸凝固传热过程的三维数值模拟
【 关键词】 连铸
数值模拟
三维传热模型
凝 固末端
ＴＨＲＥＥ． Ｍ ＥＮＳ ｏＮＡＬ ＤＩ Ｉ ＮＵＭ ＥＲＩ ＣＡＬ Ｉ ＵＬＡＴＩ Ｎ ＳＭ ｏ ＦｏＲ ＨＥＡＴ ＴＲＡＮＳ ＦＥＲ ＡＮＤ ｏ ＬＩ ＦＩ Ｓ ＤＩ ＣＡＴＩ ｏＮ ＤＵＲＩ ＮＧ
ＣｏＮＴＩ ＮＵｏＵＳ ＣＡＳＴＩ ＮＧ ＬＡＢ ＯＦ Ｓ
下量 的轻 压下 技 术 可有 效 解 决 这个 问题 』而轻 ， 压 下 的关 键技 术点 在于 确定凝 固末 端 的位 置 。凝 固末 端位 置 的确 定 方 法 有试 验 法 和 数 值模 型法 。
试验法虽然直接 ， 但试验工作量大， 并且凝固末端 位置受多种因素的综合影响， 如浇铸工艺参数 、 一 冷水量和二冷水量 的变化等 ， 都会导致凝 固末端 位置变化 ， 十分不便。数值模型法是通过求解连 铸非稳态传热方程的数值解来模拟连铸凝 固传热
１ ５ ｍ／ ｎ ｔ ． ｍｉ ．Ｔ ｅｌ ｕｄ ｓｅ ｌｓ ｐ ｒｅ ｔｈ ｄ ｌｔ ｆ ｃ ．ｗ ｅ ｔｉｃｅ ｓｄ １ ℃ ，ｈ ． ｍｉ ｏ２ ２ ｍ／ ｎ ｈ ｉ ｉ ｔｅ ｕ ｅｈ ａ ａ ｉｌ ｅｆ ｔ ｈ ｎ ｉ ｎ ｒａｅ ｑ ｔｅ ｅ ０ ｔｅ
第３ ３卷
第 ６期
上
海
金
属
Ｖｏ ． ３，Ｎｏ ６ １３ ．
４ ６
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Ｓ ＨＡＮＧＨＡＩＭ Ｅ ＴＡＬＳ
Ｎｏ ｅ ｅ ，２ １ ｖ ｍｂ ｒ ０ １
板 坯 连铸 凝 固传 热 过 程 的三 维数 值模 拟
张 敏 屠挺 生 王洪 亮 任 忠 鸣
（． １ 宝山钢铁股份有 限公 司， 上海 ２ １０ ２ 上海 大学材料科学与工程学院） ０９ ０；．
板坯连铸结晶器铜板热机耦合应力分析
板坯连铸结晶器铜板热机耦合应力分析摘要：基于大型板坯连铸结晶器铜的热电偶测量温度数据的分析,获得了铜板温度场分布的基本规律,考虑到钢液,铸造、铜盘、和接触介质的物理参数随温度变化的前提下依靠有限元软件ANSYS模铜盘耦合温度场的动态模拟,应力场与铜在三排热电偶高度上的温度分布及应力应变耦合规律，研究结果为了解铜板的应力/变形状态及铸件缺陷分析提供了良好的数据参考。
关键词：结晶器；铜板；热电偶；热机耦合应力；仿真1前言在连铸过程中，钢水经放热凝固后与铜板表面接触，凝固过程随壳体与铜板接触状态的变化而变化。
随着坯壳向下移动，坯壳与铜板之间的气隙逐渐形成，大大降低了结晶器的传热能力。
气隙的分布直接关系到铜板的工作形态，因为气隙的分布影响热阻，热阻又影响铜板表面的热流，进而影响铜板的应力状态和变形。
为了提高铸坯的质量和铸机的效率，有必要对铜板不同部位热-机械耦合的应力和应变状态进行研究。
因此,本文基于铜热电偶的测量数据的大板模具、铜盘的耦合应力和变形的模具在炼钢厂板坯连铸机采用有限元模拟和分析方法,以便对铸件生产提供了理论依据。
2实际浇注参数2.1浇注工况参数实际浇注参数如下:钢为普通中碳钢；中间包平均温度1545；连续浇注时间:90分钟；板坯截面尺寸分别为218 mm和2100 mm。
拉速1.1 m/ min；热电偶信号采集周期为1秒；固定侧和活动侧宽铜板厚度38.2mm；在窄边的东面和西面有36块铜板0.8毫米厚。
2.2 热电偶数据分析这个数据是连铸温度数据。
为了研究铜板稳态温度场的比电平，必须取热电偶数据趋于稳定时的温度值。
当铸件截面宽度为2100mm时，宽侧铜板上的热电偶均为热覆盖区，可作为铜板温度场分析的参考。
连铸机参数:2台二机二流直弧多点弯曲多点矫直板坯连铸机，铸坯厚度200mm，预留180mm。
坯料宽度900-1650mm，共11个扇形截面，1-7个弯曲矫直截面，8-11个水平截面。
西中所机组冶金段设计年生产能力300万吨，设计拉拔速度0.9-1.25m/min。
板坯连铸机结晶器内三维流场和温度场的有限元分析的开题报告
板坯连铸机结晶器内三维流场和温度场的有限元分析的开题报告1. 研究背景板坯连铸技术在冶金工业中广泛应用，其中结晶器是板坯连铸机的一个重要部件，决定了板坯的质量和直径。
为了进一步提高板坯连铸机生产效率和产品质量，需要对结晶器内部的流场和温度场进行深入研究。
2. 研究内容本研究旨在通过有限元分析方法，对板坯连铸机结晶器内的三维流场和温度场进行分析，探究结晶器内局部的流动规律和热传递特性，为优化连铸机结构和操作参数提供理论支持。
具体研究内容包括：（1）建立板坯连铸机结晶器的三维模型，包括结晶器下部、侧壁和顶部的几何形状和结构特点等。
（2）采用FLUENT软件对结晶器内部的三维流场进行模拟和计算，考虑板坯连续坯流动、自由液面、宽度变化等实际工况因素，研究结晶器内局部流动规律。
（3）基于ANSYS软件对结晶器内的三维温度场进行模拟和计算，分析板坯在连铸过程中的温度分布情况，并研究热传递特性对板坯成形质量的影响。
3. 研究意义通过对板坯连铸机结晶器内部流场和温度场的有限元分析，可以更加深入地了解结晶器的结构特点和板坯成形过程中关键参数的影响规律，为优化连铸机的生产效率和产品质量提供参考和优化建议。
研究成果可为铸造工艺的科学发展提供重要理论支持。
4. 研究方法本研究主要采用有限元分析方法，包括建立结晶器的三维几何模型、采用FLUENT软件模拟结晶器内的三维流场、采用ANSYS软件模拟结晶器内的三维温度场等。
5. 预期成果经过对板坯连铸机结晶器流场和温度场的有限元分析，本研究将得到以下预期成果：（1）结晶器内部的流场和温度场分布规律图；（2）不同结构和操作参数对流场和温度场的影响规律；（3）结晶器内不同部位的流动规律和温度特性分析和优化建议。
6. 研究进度和计划目前，本研究正在进行模型建立和初步模拟，预计在6个月内完成有限元分析计算和数据处理，整理成篇有关结晶器内的流场和温度场分析的研究论文。
具体研究计划如下：（1）第1-2个月：建立板坯连铸机结晶器的三维模型；（2）第3-4个月：采用FLUENT软件模拟结晶器内的三维流场；（3）第5-6个月：采用ANSYS软件模拟结晶器内的三维温度场，并对数据进行分析和处理；（4）第7个月：编写研究论文并进行修改、定稿及提交。
板坯连铸结晶器内热状态的有限元分析
《板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究》
《板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，板坯连铸作为冶金工业中的重要工艺之一，其技术进步对钢铁产业的可持续发展起着决定性作用。
在板坯连铸过程中，结晶器作为关键设备之一，其内部流场和温度场的分布对铸坯的质量具有重要影响。
为了更准确地描述和优化这一过程，本研究采用了三维流热固耦合数值模拟方法对板坯连铸结晶器内的流动与传热行为进行研究。
二、研究背景与意义传统的板坯连铸过程通常依靠实验观察和经验模型来分析和预测。
然而，这种方法既费时又成本高昂，且难以准确反映结晶器内部复杂的流场和温度场分布。
因此，采用数值模拟方法进行深入研究显得尤为重要。
三维流热固耦合数值模拟技术能够有效地模拟结晶器内的流动、传热和固相变化等复杂过程，为优化连铸工艺、提高铸坯质量提供理论依据。
三、研究方法与模型建立本研究采用三维流热固耦合数值模拟方法，建立了板坯连铸结晶器内的物理和数学模型。
模型考虑了结晶器内部的流动、传热、相变以及材料性质等复杂因素。
通过建立合理的网格系统和边界条件，确保了模拟结果的准确性和可靠性。
四、结果与分析4.1 流场分析通过对结晶器内流场的模拟，我们得到了板坯连铸过程中流体的速度、流向和涡旋等详细信息。
分析表明，结晶器内的流场分布受到多种因素的影响，如浇注速度、结晶器形状和尺寸等。
优化这些参数可以有效改善流场的分布，从而提高铸坯的质量。
4.2 温度场分析模拟结果显示，结晶器内的温度场分布受到流体流动、热量传递和相变等多种因素的影响。
通过对温度场的分析，我们可以了解铸坯在凝固过程中的温度变化规律，为优化连铸工艺提供依据。
4.3 三维流热固耦合模拟结果将流场和温度场的结果进行耦合分析，我们可以得到结晶器内流体流动与传热的相互作用关系。
这有助于我们更全面地了解板坯连铸过程中的物理现象，为优化工艺参数提供有力支持。
五、讨论与展望本研究通过三维流热固耦合数值模拟方法对板坯连铸结晶器内的流动与传热行为进行了深入研究。
板坯连铸机结晶器研究分解
摘要结晶器是钢坯连续铸造的关键设备，其设计和制造的优劣直接影响到连铸生产的正常与稳定。
本文就目前连铸结晶器采用的铜板材料及铜板材料表面处理技术的发展现状进行了总结和分析。
指出针对板坯结晶器窄面铜板易高温变形、磨损的情况，采用高强度、高导热率的弥散强化铜材料，进而延长结晶器的维修周期，提高生产效率。
同时针对现有结晶器铜板表面改性技术的优缺点，发展新型合金涂、镀层技术，进一步提高涂、镀层的硬度，耐磨和耐腐蚀性能。
目前结晶器铜板表面处理的几种方法：电镀法、热喷涂法、化学热处理法以及具有潜在发展前景的激光熔覆法。
激光熔覆法由于具有清洁无污染，成品率高以及性价比高等特点，具有广阔的发展和应用空间。
而且，通过优化熔覆工艺参数，设计合理的熔覆材料体系，能够形成与铜板呈冶金结合的优良抗热耐磨复合涂层，从而显著提高结晶器的使用寿命。
关键词：结晶器；化学热处理；激光熔覆；铜板AbstractThe progress of mould plates was reviewed in continuous casting. The techniques such a solution or aging or forming or fine crystal and their combination were an effect tiveme thod which benefit for high conductivity and high strengthen of copper base alloy. Copper base composite maerial through dispersion technique and composite hardening and surface strengthening have more promising for mouldes in the future.Based on the current study stat of surface strength ening on copper crystallizer, several surface treatment means,such as electro plating thermal spraying,penetration and laserclad dingte chnique with potential development are described. Because of cleanliness without any pollution, high finished product ratio and high performance costratio, laser cladding has wide development and application range. Moreover, by optimizing process parameters and designing suitable material system, fine hea-t resistant and wear-resistant coating having metallurgy bonding with copper substrate can be fabricated, therefore, it may notably improve the service life of copper crystallizer.Key words:Copper crystallizer; Electroplating; Thermal Chemical heat treatme;Copper plate目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1连扎连铸简介 (1)1.2工艺流程 (3)1.3板坯连铸机质量优势 (4)1.4研究背景 (5)1.5国内外状况 (6)1.6结晶器概述 (7)1.7结晶器存在的问题 (9)1.8结晶器使用前的安全检查 (9)1.9本章小结 (10)第2章结晶器夹紧装置的选择计算 (11)2.1结晶器夹紧装置简介 (11)2.2结晶器夹紧受力分析及计算选择 (12)2.3结晶器宽边调整机构的安装 (14)2.4本章小结 (14)第3章结晶器调宽装置的选择计算 (15)3.1调宽装置简介 (15)3.2调宽装置的确定和基本参数的选择 (16)3.3调宽装置驱动选择 (18)3.4窄边调整机构的安装 (18)3.5本章小结 (19)第4章结晶器铜板及水箱的选择计算 (20)4.1结晶器铜板的设计 (20)4.1.1结晶器长度的选择 (20)4.1.2结晶器断面尺寸和倒锥度 (22)4.1.3结晶器铜板材质及表面镀层的选择 (23)4.1.4铜板厚度计算 (24)4.2水箱设计 (25)4.3本章小结 (26)第五章结晶器振动装置的应用和发展 (27)5.1振动装置的概述 (27)5.2结晶器的振动方式 (27)5.3总结 (30)5.4本章小结 (31)结论 (32)参考文献 (33)致谢 (35)第1章绪论1.1连扎连铸简介连铸连轧全称连续铸造连续轧制（Continue Casting Direct Rolling，简称CCDR），是把液态钢倒入连铸机中轧制出钢坯（称为连铸坯），然后不经冷却，在均热炉中保温一定时间后直接进入热连轧机组中轧制成型的钢铁轧制工艺。
板坯连铸过程包含相变的三维瞬态热传导数值模拟
连铸是 目前 钢铁 生 产 最重 要 的方 法 之一 ， 准
由于 钢水凝 固结 晶过 程释放 的潜 热 和运 动 的板 坯
确了解连铸过程的相关情况很有意义－ ． 】 钢水注 Ｊ 人结 晶器经冷却后形成凝 固坯壳， 其内部还是钢
液， 必须 有足 够 的凝 固层 厚 度才 能 有 效 防止 漏 钢
中图分 类号 ：Ｔ １．４ Ｆ１ １３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１７ －６０ ２０ ）４０ ６ － ６ １ ２ （０ ７ ０ －２ ４０ ６ ５
Ｔｈ ｅ － ｉ ｅ ｓｏ ｌｎ ｍ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｏ ｒ ｎ ｉｎ ｅ ｔｔａ ｓｅ ｒ ｅ ｄ ｍ ｎ ｉｎａ ｕ ｒｃ ｓｍ ｌｔｏ ｆｔ ａ ｓｅ ｔｈ ａ ｒ ｎ ｆ ｒ ｌ ｗｉｈ ｐ ａ ｅ ｃ ａ ｇ ｕ ｉ ｇ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｃ ｔｎｇ ｐｒ ｃ ｓ ｆｓａ ｔ ｈ ｓ ｈ ｎ ｅ ｄ ｒｎ ｏ ｔｎｕ ｕ ａ ｉ ｏ ｅ ｓｏ ｌｂ ｓ
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《板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究》
《板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，板坯连铸技术作为钢铁生产过程中的关键环节，其工艺流程和设备性能的优化对提高钢铁产品质量和效率具有重大意义。
板坯连铸结晶器是连铸过程中熔融金属液凝固成型的关健设备，其内部的三维流热固耦合现象复杂，直接影响到连铸过程的稳定性和板坯的质量。
因此，对板坯连铸结晶器内三维流热固耦合现象进行数值模拟研究，对于优化连铸工艺、提高生产效率和产品质量具有重要意义。
二、研究背景及意义在板坯连铸过程中，结晶器内部的三维流场、温度场以及固液相变过程相互影响、相互制约，构成了一个复杂的流热固耦合系统。
对这个系统的深入研究，可以帮助我们更好地理解连铸过程的物理机制，优化工艺参数，提高生产效率和产品质量。
此外，通过数值模拟方法对结晶器内部流场和温度场进行模拟，还可以为结晶器设计和优化提供理论依据。
三、研究方法及模型建立本研究采用数值模拟的方法，建立板坯连铸结晶器内三维流热固耦合模型。
首先，根据实际生产过程中的设备参数和工艺条件，建立结晶器三维几何模型。
然后，基于流体动力学、传热学和固液相变理论，建立流场、温度场和相变场的数学模型。
通过耦合这三个物理场，形成三维流热固耦合模型。
四、数值模拟结果及分析1. 流场分析通过对结晶器内三维流场的模拟，我们可以清晰地看到熔融金属液的流动轨迹和速度分布。
在结晶器的不同位置，金属液的流动速度和方向存在明显差异，这主要是由于重力、摩擦力、浮力等多种力的共同作用。
通过对流场的分析，我们可以找到金属液流动的瓶颈区域和优化流动的关键位置。
2. 温度场分析温度场是结晶器内另一个重要的物理场。
通过模拟温度场的变化，我们可以了解熔融金属液的凝固过程和温度分布。
在结晶器的不同位置，温度存在明显差异，这主要受到金属液流动、热量传递和相变等多种因素的影响。
通过对温度场的分析，我们可以找到热量传递的关键区域和优化热传递的途径。
3. 固液相变分析在连铸过程中，熔融金属液在结晶器内逐渐凝固成板坯。
结晶器中的传热情况评述-正文
结晶器中的传热情况评述摘要：本文对连铸结晶器壁的热流量及结晶器和冷却水之间的传热进行了详细的分析，并对结晶器内的传热限制条件作出了简述。
便于了解结晶器内的传热机制。
前言冶金工业中结晶器的是，承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备。
它是连铸机最关键的部件，其结构、材质和性能参数对铸坯质量和铸机生产能力起着决定性作用。
在连续铸钢过程中，结晶器使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳；通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉断和漏钢；通过调整结晶器的参数，使铸坯不产生脱方、鼓肚和裂纹等缺陷；保证坯壳均匀稳定的生成。
总之控制结晶器内钢液的凝固过对于稳定连续的操作和产品质量的提高都是十分重要的。
一、结晶器中的热量的散失连铸过程中，钢水首先在结晶器内冷却，形成具有一定厚度的坯壳。
坯壳厚度以铸坯出结晶器时不拉漏为原则，钢水把热量传递给结晶器铜板，再由冷却水带走。
连铸机结晶器凝固传热的研究，可以预测是否会出现漏钢、对各种缺陷（角裂、菱变、鼓肚、缩孔、裂纹等）的分析与预测，同时对连铸结晶器的设计以及最佳工艺参数的选择有着重要的意义。
结晶器中的传热包括，钢液的对流传热、凝固壳的传导传热、渣膜的导热、气隙的辐射和对流换热、铜板的导热和冷却水和铜板的对流换热等。
这些散热占整个钢水散热量的16%~20%。
所以研究结晶器的传热机制很重要。
二、结晶器内坯壳的形成-弯月面当液体与固体接触时，在接触面不但要考虑液体分子间的作用及表面张力的影响。
还应考虑液体分子与固体分子间的作用，如果，在接触液体分子间的作用力小于液体与固体分子间的相互作用，则液体分子就向固体壁密集，致使液体沿固体壁上升，在液体表面张力的作用下，接触液面呈现凹月面，相反，如果，液体分子间的作用力大于液体与固体分子间的相互作用力，则液体就离开固体壁。
在解题表面张力的作用下，接触处页面成凸月面。
这种液体与固体接触处液面发生弯曲，其弯曲部分就成为弯月面。
连铸坯热装热送过程中的热力学模拟与分析
连铸坯热装热送过程中的热力学模拟与分析连铸是指将熔融态金属直接注入铸模进行连续制造的工艺。
连铸坯在热装热送过程中，受到了多种热力学因素的影响，如温度分布、物料性质等。
本文将对连铸坯热装热送过程中的热力学进行模拟与分析。
一、背景介绍连铸是一种重要的金属加工工艺，在冶金行业中占据重要地位。
在连铸过程中，连铸坯的冷却和传热过程直接影响着坯料的质量和性能。
因此，对连铸坯热装热送过程中的热力学进行模拟与分析，对于优化连铸工艺，提高坯料质量具有重要的意义。
二、热力学模拟在进行连铸坯热力学模拟时，我们需要考虑以下几个因素：1. 温度分布：连铸坯在冷却过程中，温度分布是一个重要的参数。
通过建立数学模型，可以模拟坯料在不同位置的温度变化，并为优化连铸工艺提供依据。
2. 热传导：连铸坯在冷却过程中，热传导起着关键作用。
热传导方程可以用来描述坯料内部的热传导过程，并通过模拟分析获得坯料的温度分布。
3. 热辐射：连铸坯在冷却过程中也会通过热辐射向外界散发热量。
热辐射方程可以用来描述坯料的辐射过程，并对连铸工艺进行优化。
三、热力学分析通过热力学模拟，我们可以对连铸坯热装热送过程进行深入分析。
以下是一些可能的分析方向：1. 温度云图：通过模拟得到的温度分布，可以生成温度云图。
温度云图可以直观地展示连铸坯在冷却过程中的温度分布情况，帮助工程师们更好地了解热传导和热辐射的影响。
2. 热点分析：在连铸过程中，可能会出现一些温度较高的区域，即热点。
通过热力学模拟与分析，可以发现并定位这些热点，并采取相应的措施来解决温度过高的问题。
3. 材料性能评估：连铸坯在热装热送过程中，受到热力学影响，可能会导致坯料的内部结构发生变化，从而影响材料的性能。
通过热力学模拟与分析，可以预测坯料的内部变化，并对材料的性能进行评估。
四、结论通过热力学模拟与分析，可以深入研究连铸坯热装热送过程中的热力学问题。
这对于优化连铸工艺，提高坯料质量具有重要的意义。