连铸大方坯二冷区温度场数值模拟
方坯连铸内外复合冷却流场温度场耦合数值模拟
方坯连铸内外复合冷却流场温度场耦合数值模拟
李朗
【期刊名称】《特种铸造及有色合金》
【年(卷),期】2008(28)9
【摘要】针对165mm×165mm的Q235方坯连铸,提出了一种钢水内外复合冷却技术,即在"结晶器内设置内冷却器-U型管",起到提高传热效率的目的。
采用CFD 商用软件Fluent,就内外复合冷却结晶器内钢水在流场温度场耦合作用下的状况进行数值模拟。
结果表明,内冷却器可以提高传热效率进而加快连铸坯的凝固速度,并且减少了注流的回流速度,使钢水的流动均匀,从而提高了连铸方坯的品质。
【总页数】3页(P680-682)
【关键词】方坯连铸;内冷却器;流场温度场;数值模拟
【作者】李朗
【作者单位】西南科技大学工程力学系
【正文语种】中文
【中图分类】TG249.7
【相关文献】
1.双辊冷却低过热度方坯连铸流场温度场耦合数值模拟 [J], 张俊婷;崔小朝;晋艳娟
2.板坯连铸内外复合冷却流场和温度场耦合数值模拟 [J], 崔小朝;晋艳娟;张柱;刘才
3.小方坯连铸电磁搅拌流场和温度场三维耦合数值分析 [J], 雷建民;宋卫平;崔小朝
4.异形坯连铸过程流场与温度场耦合三维数值模拟 [J], 杨建伟;杜艳平;崔小朝;史荣;刘才
5.方坯连铸非稳态充型过程流场温度场耦合数值模拟 [J], 崔小朝;李朗;晋艳娟;陈艳霞
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连铸板坯堆垛缓冷过程的数值模拟
王卫华 王文军 刘
摘 要
洋 陈
霞
（ 首钢 技 术研 究 院 ）
为准确控制板坯热送入炉温度 ，利用 Ａ Ｓ Ｓ有限元软件 ，对板坯堆垛温度场及 温降速率进行 了数 ＮＹ
值模拟计算 。通 过控 制堆垛时间 ，使板坯人炉温度稳定在 ５０— ５ ０ ５ ０℃ ，从而消除热送板坯轧后钢板表 面爪 裂 的缺 陷。模 型计算 结果表明 ，２ ０ ２ ｍ 厚 板坯 分别 堆垛 ｌ ，２ ５ ，３ ０ｍ ２ ４ｈ后 ，堆垛 中心板坯 表 面温 度达 到 ６０℃ 以下 ，可满足热送要求 。 ０ 关键 词 堆垛缓冷 热送 有限元 数值模拟
ｓａ ｋｎ ｅ ｔｒｗａ ｅｏ ０ ℃ ａｔｒｓａ ｓｗｉ ｈ ｈｃ ｎ ｓ ｆ２ ０ ｍｍ ｎ ２ ｔｃ ｉｇ ｃ ｎｅ ｓｂ ｌｗ ６ ０ ｆ ｌｂ ｔ ｔｅ ｔｉｋ ｅ ｓｏ ５ ｅ ｈ ａ ｄ ３ ０ ｍｍ ａ ｅｂ ｅ ｈ ｖ ｅ ｎ
ｓ ｃ ｅ ｂｕ ２ａ ｄ２ ｏ ｒ ｒｓｅ ｔ ｅ ， ｈｃ ａ ｅｔ ｈ ｅｕｒ ｎ ｆ ｏ ｃ ａｇ ｇ ｔ ｋ ｄａ ｏｔ１ ｎ ４ｈ ｕｓ ｅｐ ｃ ｖｌ ｗ ｉｈｃｎｍ ｅ ｔｅｒｑ ｉ ｍｅｔ ｔ ｈ ｒ ｎ ． ａ ｉ ｙ ｅ ｏｈ ｉ
Ｋｅ ｏ ｄ ｓ ｃ ｉ ｇ ｆｒ ｓ ｗ— ｏ ｌ ｇ ｈ ｔ ｈ ｇｎ ， Ｆ Ｍ ， ｎ ｍｅｉ ａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｙ Ｗ ｒ ｓ ｔ ｋｎ ｏ ｌ ｃ ｏ ｉ ， ｏ ａ ｉ ｇ ａ ｏ ｎ ｃｒ Ｅ ｕ ｒ ｌ ｓｍｕ ａｉ ｃ ｏ
连铸坯热送并实现热装加热炉 ，可以显著降 低加热炉能耗 ，提高加热炉产量水平 ，减少连铸 坯 的氧化烧损 ，取得节能、高产 、降耗的综合经
济效 益 ，是 国 内外 公 认 的 一 项 先 进 新 工 艺 。 目
连铸板坯二次冷却的温度场模型
连铸板坯二次冷却的温度场模型张慧霞【摘要】在凝固传热理论的基础上,采用差分法建立起连铸坯二次冷却的传热数学模型,用Visual C++语言有针对性地开发出通用的连铸坯二次冷却模拟软件,对二冷区的温度场,以及各个时刻的坯壳厚度等进行模拟和计算.【期刊名称】《一重技术》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】5页(P17-21)【关键词】连铸;二次冷却;温度场【作者】张慧霞【作者单位】一重集团大连工程技术有限公司, 辽宁大连 116600【正文语种】中文【中图分类】TG24本文根据凝固传热数学模型，在充分考虑连铸工艺及细化边界条件，选择准确的热物性参数的基础上，用差分法开发出通用性和时效性均较强的板坯连铸二冷温度模拟软件，该软件能大大节省计算时间，为连铸坯二次冷却的在线计算提供技术保证。
1 二维凝固模型的建立1.1 凝固模型关于板坯连铸二次冷却凝固的传热数学模型，国内外学者已经进行了大量的研究，取得了许多成果。
鉴于该模型边界条件的处理比较复杂，因而本文通过对模型进行一些合理的假设[1,2]，对其进行合理的简化，得到二维板坯连铸凝固的传热微分方程[3]。
式中：ρ—材料的密度（kg/m3）；c—比热（kJ/(kg·℃)）；T—温度（℃）；λ—有效导热系数（W/(m·℃）)；S0—为内热源项。
1.2 初始条件和边界条件（1）初始条件本文以低合金钢（Q345E）为例，由于中间包的温度为1 525℃，所以所选断面上所有节点的初始温度都被设定为1 525℃。
而冷却水温度和环境温度均设定为30℃。
（2）边界条件由于连铸二冷区的边界条件非常复杂，所以结晶器和二冷区的边界条件用传热量及传热系数来表示。
①铸坯中心铸坯中心线两边为对称传热，断面温度的也是按照中心对称的方式分布的，即②铸坯表面结晶器：二冷区：式中：q—热流密度（W/m2）；b—与结晶器冷却强度相关的系数；L—距弯月面的距离（m）；v—拉坯速度（m/min）；h spray—铸坯与冷却水之间的对流换热系数（W/(m2·℃)）；T w—冷却水温度（℃）；σ—波尔兹曼常数（W/(m2·K4)）；ε—铸坯表面黑度；T0—环境温度（℃）。
坯二次冷却区域两相界应变的模拟计算
连铸大方坯二次冷却区域两相界应变的模拟计算盛义平!"张晓春!"金正瑞#$!%燕山大学"河北秦皇岛&’’&&()#%中国第一重型机械集团公司"黑龙江富拉尔基!’!&(#*摘要+以某钢厂,!-../(!&..的连铸大方坯为例"对其两相界的应变进行了模拟计算"计算结果与引进设计资料给定的应变曲线基本吻合0关键词+连铸)大方坯)应变)计算中图分类号+12333%#文献标识码+4文章编号+!&&!5!-’6$#&&#*&75&&#-5&,89:;<=><?@A B:B C<9<D B E F G F D<H?:B C<9<D><9B C9A<A I;J>:I B F GK;<<?C9I F><9G:H J><<;C9=L<9FM N O P Q R S5T S U V!"W N4P Q6S X Y5Z[\U!"]^P W[_U V5‘\S#$!%R X U a[X Ub U S c_‘a S d ef S U[\X U V g X Y&’’&&("h[S U X)#%h[S U X2S‘a d N_X c eiX Z[S U_‘eQ‘Y\Th Y%2\j X_‘k S!’!&(#"h[S U X*8K I B H:>B+1X l S U V,!-../(!&..Z Y U d S U\Y\a j eZ X a d_gm j Y Y.Y n X a d__j T j X U d X a X U_o X.T j_"d[_ X\d[Y‘a a S.\j X d_X U gZ X j Z\j X d_d[_g_n Y‘.X d S Y US Ua_Z Y U g X‘eZ Y Y j S U Vp Y U_q1[_‘_a\j d Y n d[_Z X j Z\j X d S Y U m X a S Z X j j eS U Y a\j X d_a r S d[d[_g_n Y‘.X d S Y UZ\‘c_V S c_US Ud[_n Y‘_S V U.X d_‘S X j qs F Jt<H G I+Z Y U d S U\Y\a Z X a d S U V)m j Y Y.)g_n Y‘.X d S Y U)Z X j Z\j X d S Y U!前言处于高温状态的连铸大方坯在向下运行的过程中两相界的总应变由三部分组成+u在内部钢水静压力作用下产生的鼓肚应变)v在矫直过程中产生的矫直应变)w支撑辊偏离正确弧线产生的错位应变0假设在理想状态下辊列中的辊子错位应变为零"鼓肚应变和矫直应变便决定了连铸大方坯两相界的总应变0本文以某钢厂,!-.. /(!&..的连铸坯为例"对大方坯两相界的应变进行了计算"计算结果与原设计资料给定的应变曲线基本吻合"证明本文建立的数学模型和采用的计算方法是正确的0#鼓肚应变计算与板坯的鼓肚变形不同"在计算大方坯的鼓基金项目+国家重点科技$攻关*项目$-757#x5&!5&,y*收稿日期+#&&75&x作者简介+盛义平"男"(x岁"教授"燕山大学$&’’&&(*肚应变时"必须考虑铸坯的窄边对宽边的约束作用0因此"可将两支承辊间的连铸大方坯坯壳看作为两对边固定支撑$有支撑辊侧*z两对边弹性支撑$无支撑辊侧*的矩形板0矩形板在横向压力钢水静压力的作用下发生鼓肚变形0由钢的高温力学性质可知"坯壳的鼓肚变形分为两部分+一是瞬时弹性变形"二是随时间增大的蠕变变形0{%|变形几何方程总应变等于弹性应变与蠕变应变之和}~!}"~#}$~}%!}"%#}$%&~%!}"~%#}$~’()%$!*总应变与鼓肚变形量的微分关系}~!*+~!,*-#.-#~}%!*+%!,*-#.-#%&~%!#+~%!,#*-#.’()-~-%$#*/-#/#&&#P Y%7重型机械!"#$%&"#$’%()*"()#!"+$%&"+$’%()*"()+,"#+$)&"#+$’%()*"-./(#(+012式中3!4!"4!5和,4,"4,5分别为线应变和剪应变6其中上角标"和5分别表示总应变的弹性部分和蠕变部分0下同26下脚标#4+和#+分别为坯壳在坐标轴方向及其坐标平面内中的分量0下同27&+4&#+分别为坯壳的曲率和扭率7*4*"分别为坯壳的总鼓肚变形量和初始弹性鼓肚变形量89:9本构方程弹性应变与应力分量的关系!"#$;<0=#’>=+2!"+$;<0=+’>=#2,"#+$)0;?>2<@-./#+0A 2蠕变应变速率与应力偏量的关系B;6)C!D 5#$1!E)=F #!D 5+$1!E)=F +,D 5#+$1!E)=@-./#+0G 2式中3<4>分别为弹性模量和泊桑系数3=4@分别为正应力和剪应力7=4!E分别为有效应力和有效应变速度7F 为应力偏量89:H 平衡方程在钢水静压力作用下6矩形板0坯壳2横截面上的应力与内力的关系为I #$J %=#K %I +$J %=+K %I #+$J%@#+-./K %0L 2式中3I #4I +分别为横截面上的弯矩6I #+为横截面上的扭矩8由以上诸式6容易得到当坯壳在支撑辊间运行时6坯壳的总曲率&与初始弹性曲率4初始弹性鼓肚变形量*"以及在两支承辊间的运行时间M之间的关系&#$&"#?N <)0;’>)20)>’;2()*"()+?0)’>2()*"()B C #M O &+$&"+?N <)0;’>)20)>’;2()*"()#?0)’>2()*"()B C +MO&#+$&"#+?1N <A 0;?>2()*"(#(+M -./O0P 2式中3N 为蠕变常数7M $Q R为坯壳在两支撑辊间的运行时间6Q 为两支撑辊间辊距6R 为拉坯速度7O 为时间指数8由以上讨论可知6当求得了坯壳在钢水静压力作用下的弹性解后6便可由式0P 2得到坯壳在两辊距间的总曲率6进而由式0)2求得坯壳的总鼓肚应变81矫直应变文献B 1C 给出了连铸坯在矫直变形过程中的曲率速率和矫直应变速率的方程式&D*$S I D*T "’U I *T V W5X0Y 2!D*$’Z &D*$S Z I D*T "?U Z I*T V W5X0[2式中T "$\]<Z )K ]T 5$\]Z;?;X^_‘a 5V Wb c XK ]其中3&*4I *4!*分别为矫直变形时的曲率4矫直力矩和矫直应变7<4U 4X 4a 54b 4c 分别为坯壳的弹性模量4蠕变速度常数4蠕变应力指数4蠕变活化能4气体常数和坯壳的绝对温度7Z 为坯壳横截面上的点至铸坯横截面中性轴的距离8当I D*de 时6式0Y 2中的S I D*f T "取负号4当I D*ge 时6式0Y 2中S I D*f T "取正号8式0[2中的矫直力矩由下式计算B A 4G C0参见图;2I *$A\h ;?h )K I $A J i )i)’j KZJZ ?N ’i )eZ =k lZ ’0if )’j 2B Cj)K %?A J N )N )’jK %J%’N ’i)eZ =k l%’0N f )’j 2B Cj)K Z0;e 2me 1m 重型机械)e e )n o :G图!连铸坯壳式中"#$%为铸坯表面的屈服应力&’为坯壳的厚度(将式)*+在矫直区内积分,即可求得矫直应变-.(将矫直应变与鼓肚应变相加,即得到在二冷区坯壳的总应变(/计算实例模拟计算时首先计算坯壳的温度和厚度,然后才能计算出坯壳的变形(图0为某厂生产的1!*223/!422大方坯坯壳在二冷区中的总应变曲线,图中的三个尖峰应变值对应三个矫直点(其中实线为连铸机引进资料中给定的曲线,虚线为由以上数学模型模拟计算所得的结果,可见两者是基本吻合的(图0二冷区坯壳总应变!567458292:;056745<292:;参考文献"=!>?5@5A B C D E F ;G?5H I E J K E 5H L M N O OF ;F P Q O :OR S M T M N N U 5V W L L N M X S M L Y OZ!*815=0>[\]]C ^]\_H 5K M N N UF ;F P Q O :O Z ?B [J ‘a D E C bH B J HZ!*845=1>盛义平,郭普学5连铸坯的矫直与弯曲=>5重型机械,!**1,)1+5=/>盛义平,孙蓟泉5连铸坯连续矫直理论的初步探讨=?>5重型机械,!**4,)/+5=c >A 5K5鲁捷斯等著5连续铸钢原理=d >5上海人民出版社eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee,!*f f 5钢管!!次荣获部省优秀科技期刊奖欢迎订阅0441年期刊钢管gh i j k i i l j k国内发行代号"<0m!*c 国外发行代号"/f 84A d 双月刊定价"8544元全年"/8544元n钢管o 系全国性公开发行期刊,由攀钢集团成都钢铁有限责任公司主办,中国钢铁工业协会钢管分会p 中国金属学会轧钢学会钢管学术委员会协办精诚为冶金行业内外读者服务精美的大!<^广告创意新颖创新q 实用q 系统q 导向融技术q 经济于一体传播钢管技术促进钢管发展中国期刊方阵q 双效期刊n钢管o 纵揽国内外钢管)无缝r 焊接+生产p 科研p 设计中的新技术p 新工艺p 新设备p 新产品以及经营管理p 市场营销p 财经商情p 价格物流p 环保节能等经验成果与动态欢迎各界朋友订阅,本刊除邮局发行外,还可随时办理零星函购)另付邮资费!0544元+地址"四川省成都市牛市口r 攀钢集团成都钢铁有限责任公司内n 钢管o 杂志社邮编"<!44<<户名"钢管杂志社开户银行"工商行成都市双桥分理处帐号"//400!<44*40/*4<<80联系人"陈莉电话")408+8/c c 1!1<8//484*<传真")408+8/c c 1!1<r!1r 0440J S 5c重型机械。
连铸过程中板坯凝固的数值模拟
连铸过程中板坯凝固的数值模拟
QS C PVT
(5-10) 由式(5-9)与式(5-10)等量置换可得
f S C P T / L
(5-11) 此法采用固相率的增加来代替前热的放出，如果 f S 1 ，则表明该领域 V 的 凝固结束。
热焓法
凝固过程金属的焓可定义为
H cdT (1 f s ) L
L ——潜热， J / kg ；
f s ——固相率；
T ——温度， C ；
——时间， s ；
连铸过程中板坯凝固的数值模拟
——导热系数， W /(m K ) ；
x, y ——二维坐标， m 。
对于实用多元和金，要确定固相率和温度的关系，通常可以先采用热分析法 求出凝固开始温度 TL （液相线温度）和结束温度 TS （固相线温度），假定如下： (1)假定为线性分布时
式中， L ——补偿对流换热的等效导热系数；
m ——经验常数，钢液导入区， m 4 ~ 8 ；
S ——静止钢液的导热系数。
热物性参数的数值处理方法
由于导热系数、比热和密度是随温度变化的，其处理方法一般有常数法、线 形函数法和插值法等，在不同的温度区间内用二次曲线拟合的方法得到温度导热系数、温度-比热之间关系的曲线，来确定导热系数、比热值。 对于板坯密度的取值，可在不同相区内取不同的值。 (1) 固相区： S 7.6 10 3 kg / m 3 ；
宽板坯连铸结晶器流场和温度场的数值模拟
宽板坯连铸结晶器流场和温度场的数值模拟
随着工业生产技术的不断发展，连铸技术已经成为宽板坯的主要生产方式，特别是在钢铁行业中，大量的钢铁产品均采用连铸工艺生产。
宽板坯连铸技术的核心是结晶器，结晶器的流场和温度场是宽板坯质量的关键因素，因此对流场和温度场进行数值模拟研究是必要的。
数值模拟能够对结晶器内部的流场和温度场进行快速、准确的计算，揭示了结晶器内的流场和温度场在宽板坯生产中的重要作用。
本文通过对结晶器内流场和温度场的数值模拟分析，提出了一种优化结晶器设计的方法。
首先，本文基于Navier-Stokes方程和热传导方程，建立了数学模型，考虑结晶器内部的流动载荷、热辐射、传导热和对流换热等因素。
其次，利用Fluent软件进行流场和温度场计算，得到了流场和温度场的数值解。
通过对数值模拟结果的分析，发现结晶器内部的流动较为复杂，主要存在四个涡旋，其中两个涡旋在底部，两个涡旋在上部。
涡旋的存在使得物料在结晶器内部获得了良好的混合，进一步提高了结晶器内物料的质量。
另外，结晶器内部的温度场也十分关键。
通过数值模拟结果可以看出，结晶器内部温度分布不均匀，底部温度较高，而顶部温度较低。
这是由于底部邻近铸坯熔池温度较高，导致底部结晶器的温度较高；而顶部的散热较快，导致顶部结晶器的温度较低。
最后，通过对数值模拟结果的分析得出，改变结晶器底部的形状，减少对流热损失，可以提高结晶器内部的温度分布均匀性，进而提高宽板坯的质量，同时也可以减少不必要的生产成本。
连铸过程电磁搅拌下钢液温度场的数值模拟
连铸过程电磁搅拌下钢液温度场的数值模拟夏莉;姚寿广【摘要】利用ANSYS5.6软件对连铸过程中线性电磁搅拌器作用下钢液内流场及温度场进行数值模拟,结果表明:电磁搅拌的作用加强了钢液内部换热,使得铸坯内温度梯度减小,过热度迅速消失,液相穴变宽、变浅.这为液相穴内生成大量晶核提供了条件,并且有利于晶核最终发展成致密的等轴晶组织.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2005(019)001【总页数】4页(P73-76)【关键词】连铸;电磁搅拌;流场;温度场;数值模拟【作者】夏莉;姚寿广【作者单位】江苏科技大学,机械与动力工程学院,江苏,镇江,212003;江苏科技大学,机械与动力工程学院,江苏,镇江,212003【正文语种】中文【中图分类】TG2490 引言在钢铁业界,随着对钢材产品加工性能、强度、抗疲劳性能以及韧性、耐腐蚀性等各方面性能指标的要求不断提高,生产高洁净度、高均匀性和具有超细组织的高品质钢材已成为钢铁生产者面临的新任务。
连铸电磁搅拌技术通过电磁感应产生的电磁力驱动钢液的流动,以改善钢液凝固过程中的传热和传质条件,从而有利于铸坯内等轴晶凝固组织的形成;同时在改善铸坯的表面质量及皮下质量,减轻中心偏析及中心疏松等内部缺陷方面也有显著的作用[1～3]。
凝固过程中温度场影响到了钢液的形核率与晶粒的生长形态,对温度场的控制有利于获得最佳的凝固组织,但以往对这方面所作的研究却很少。
本文针对连铸二冷区单侧线性搅拌作用下铸坯内温度场进行数值模拟,探讨搅拌对铸坯内温度场的影响及作用规律。
1 数学模型对于连铸板坯且忽略搅拌器端部绕线时,可将问题简化为二维模型。
1.1 电磁场基本方程描述电磁场的Maxwell方程组:( 1 )( 2 )·B=0( 3 )描述材料电磁特性的本构方程:B=μH( 4 )J=σ[E+v×B]( 5 )采用磁矢势法对搅拌器的谐波电磁场进行数值模拟。
板坯连铸二冷区电磁搅拌的数值模拟
板坯连铸二冷区电磁搅拌的数值模拟陈士富;杨滨;王猛;牛宏;丁长友;雷洪【摘要】利用ANSYS和CFX商业软件,对国内304不锈钢板坯连铸二冷区电磁搅拌进行了数值模拟研究.结果表明,随着频率的增加,磁感应强度减小、电磁力增大;随着电流的增加,磁感应强度、电磁力均增大,且磁感应强度、电磁力的最大值均出现在板坯中心点;电流为400 A时,频率每增加1 Hz,板坯中心点磁感应强度减少约1.68 mT;频率为5 Hz时,电流每增加100 A,板坯中心点磁感应强度增加约7.68 mT;板坯纵轴线上电磁力出现两个呈现对称分布的峰,且宽面中心截面出现两个对称分布的漩涡流场;随着频率和电流的增加,板坯中心点搅拌速度线性增大;电流为400 A时,频率每增加1 Hz,板坯中心点钢液流速增加约0.02 m·s-1,频率为5 Hz时,电流每增加100 A,钢液流速增加约0.084 m·s-1.【期刊名称】《辽宁科技大学学报》【年(卷),期】2017(040)003【总页数】6页(P184-188,203)【关键词】板坯连铸;二冷区;电磁搅拌;数值模拟【作者】陈士富;杨滨;王猛;牛宏;丁长友;雷洪【作者单位】东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳 110004;东北大学冶金学院,辽宁沈阳 110004;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳 110004;东北大学冶金学院,辽宁沈阳 110004;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳 110004;东北大学冶金学院,辽宁沈阳110004;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳 110004;东北大学冶金学院,辽宁沈阳 110004;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳 110004;东北大学冶金学院,辽宁沈阳 110004;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳 110004;东北大学冶金学院,辽宁沈阳 110004【正文语种】中文【中图分类】TF777.1连铸板坯二冷区电磁搅拌能够改变液相穴形状，消除柱状晶搭桥，提高等轴晶比率，减少中心偏析、缩孔及疏松，从而显著改善板坯质量［1-3］。