不同宽度板坯结晶器内流场的水模型和数值模拟研究

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板坯连铸结晶器夹杂物运动行为的数值模拟和优化

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Ｖ０．Ｎｏ３１２５．
安徽工业大学学报
ＪｏｈｉＵｎｖｒｉｆＴｃｎｌｇ．ｆＡｎｕｉｅｓｔｏｅｈｏｏｙｙ
第２５卷第３期
２００８年７月
Ｊｌ２０ｕｙ０８
ｓｅｌｉｔｅｎ山ｅｍｏｄｏｌｆ山ｅｉｍｐａｔｏｎｌｓｏ．ｅａａｌｂｅｄｓｇａａｆｒｐｏｕｔｏｓｏｔｉｅｃｆｉｃｕｉｎＴｈｖｉａｌｅｉｎｄｔｒｄｃｉｎｉｂａｎｄ．ｏＫｅｒｙｗｏｄｓ：ｌｏｔｎｕａｔｎｍｏｄ；ｎｌｉｎ；ｕｍｅｉａｉｌｔｏｓａｃｎｉｏｓｃｓｉｇ；ｕｌｉｃｕｓｏｓｎｂｒｃｌｓｍｕａｉｎ
文章编号：６１７７（０８０－２００１７ — ８２２０）３０５ — ５
板坯连铸结晶器夹杂物运动行为的数值模拟和优化
苏瑞先，乐可襄，文艳方
（工业大学冶金与资源学院，安徽安徽马鞍山２３０）４０２
摘要：采用数值模拟的方法，基于速度边界层理论和力的平衡原理，建立描述夹杂物在结晶器内运动的数学模型。以梅钢板坯连铸结晶器断面２０ｍｘ０拉速１～．ｍｍｎ２ｍ９０ｍｍ、．１／ｉ等条件为研究对象。研究水口倾角、口插入深度、２８水拉坯速度对结晶器内钢液夹杂物行为的影响。得出有利于生产的设计数据。关键词：板坯连铸；结晶器；夹杂物；数值模拟
ＳＲｕ－ｉｎ，－ｉｎ，ＵｉｘａＬＥＫｅｘａｇＦＡＮＧｅ－ａＷｎｙｎ

电磁搅拌对特大方坯结晶器内流场及温度场影响

湍动能耗散率ε方程其中，ρ为密度，kg∙m−3； ui与uj表示i和j方向的速度大小； xj和xi分别表示j和i方向的节点坐标； µeﬀ为有效黏度系数，kg∙m−1·s−1； P为压力，Pa ； g为重力加速度，m∙s−2； S为两相区枝品间流动产生的源项； F为洛伦兹力，N∙m−3
ut为湍流黏度系数，kg∙m−1·s−1；C1，C2，σk， σε为经验常数，采用Launder和Spalding的推荐值，取C1=1.44，C2=1.92，σk=1.0，σε=1.3；Sk、 Sε为考虑凝固时k方程和ε方程中添加的源项
3 电磁力的作用下，钢液的水平旋流能够抑制初生坯壳的生长，降低坯壳的生长速度，出结晶器坯壳厚
度减小约2。3mm。当电流大小从300A增加到500A，结晶器内凝固坯壳生长的变化并不大
4 (4)为达到最优的生产效果，建议生产时电磁搅拌的电流大小为400A，频率为1。5Hz
-
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Thanks
3.2搅拌对结晶器流场及液面波动的影响
该厂实际生产时采用四孔浸入式水口，水口倾角向下15°，控制水口方向呈45°对角，水口浸入深度为120mm，拉速为0.43m∙min−1.以下通过改变电磁搅拌的电流大小和电流频率来研究结晶器内部流场和液面波动的变化情况，并找出合适的电磁搅拌参数
计算结果与讨论分析
目录
-
1 模型的建立 2 数学模型 3 计算结果与讨论分析 4 结论
电磁搅拌对特大方坯结晶器内流场及温度场影响
结晶器作为连铸机的"心脏",其流场直接影响铸坯质量. 对于大方坯连铸机来说，目前结晶器电磁搅拌作为其必选配置，具有改善结晶器内的流场、均匀钢液温度、改善偏析和提高铸坯质量等作用. 而电磁搅拌的作用机理必须与实际冶金机理相结合，根据现场生产情况选择合适的电磁搅拌工

CSP连铸结晶器内三维流场与温度场的数值模拟

参数的优化提供理论依据。
关键词：ＳＣＰ连铸；结晶器；浸入式水１；５数值模拟／中图分类号：７．Ｔ７７文献标志码：Ａ文章编号：６２— ｏｏ２ｏ）４— ３５— ４１７３９（０６００３０
Ｎｕｅｉａｉｕａｉｎｏ．ｍｅｓｏａｌｗｅｄｍｒｃｌＳｍｌｔｏｆ３ＤｉｎｉｎｌＦｏＦｉｌａｄＴｅｐｒｔｒｉｌｆＣＳｎｉｕｕｓｉｇＭｏｄｎｍｅａｕｅＦｅｄｏＰＣｏｔｏｓＣａｔｎｌｎ
题，因此，控制钢液在结晶器中的流动，合理地解
决浸入式水口设计、电磁制动及优化操作条件等问题，已成为改善铸坯产量与质量的一个重要的研究领域。采用计算机对连铸过程进行数值模拟，近年来已得到广泛应用。它能快速、效地对有连铸结晶器内钢液流动和传热进行解析，量地定分析水口结构和工艺参数对连铸过程的影响，从
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第２９卷第４期２００６年８月
武汉科技大学学报（自然科学版）
ＪｆｈｎＵｉｆｃ．Ｔｃ．ＮｔｒｌｃｎｅＥｉｏ）．ｏａｎ．ｏｉ＆ｅｈ（ａａＳｉｃｄｔｎＷｕＳｕｅｉ
ｕｄｒｈｅｉｅｅｔｕｍｅｇｄｅｔｏｚｓ（ＥｎｅｔｒｅｄｆｒｎｂｒｅｎｒｎｚｅＳＮ）ａｄｔａａｙｅｔｅｉｕｎｅｆｉｈｃｔｇｓｅｄｏｅｓｙｌｎｌｚｆｅｃｇａｉｐｅｎｔｏｎｈｎｌｏｈｓｎｈ

板坯连铸机结晶器的设计及计算

油缸卸压后，靠碟形弹簧的压力使窄边夹紧。（６）各种冷却水配管结晶器冷却水及板坯二次冷却喷水配管，通过振
动台上的平面密封使水路自行接通。（７）润滑及液压
３６２０１／ｍｉｎ
５０５１／ｍｉｎ
大连华锐重工集团股份有限公司设计研究院
摘要：通过一系列说明、计算，概述了板坯连铸机结晶器
张梁敬
辛
鑫
的型式、功能特点及设计要点。
关键词：板坯连铸；结晶器；冷却水量；调宽装置；内腔尺寸
板整体拆除刨修。水箱内设有供结晶器冷却用的水冷通道，在与背板贴合的铜板表面上开有水槽，连续铸钢期间与宽面铜板接触的钢水热量通过这些水槽中
流动的冷却水导走。
ｌ概述
结晶器是连铸机中的铸坯成型设备。其作用是
将连续不断地注入其内腔的钢液通过水冷铜壁强制
冷却，导出钢液的热量，使之逐渐凝固成为具有所要求的断面形状和一定坯壳厚度的铸坯，并使这种芯部仍为液相的铸坯连续从结晶器下口拉出，为其在以后的二冷区域内完全凝固创造条件。文章围绕板坯连铸机结晶器型式及功能予以阐述，并针对相关应用进行分析计算。
是通过长螺栓与内、外弧水箱把合的，在发生漏钢事故或安装调整时操作方便。用于冷却铸坯的喷水配管分别安在内、外弧水箱的底部通过喷嘴从两侧冷
却铸坯。
（３）左、右窄边及窄边导向装置左、右窄边铜板与背板把合后通过卡板与螺栓与压板连在一起，冷却水从窄面压板进出。与宽面铜板样，窄边铜板也开有冷却水槽对铜板进行冷却。

结晶器宽面窄面热流比

结晶器宽面窄面热流比引言结晶器是一种用于从溶液中形成晶体的设备。

在结晶器中，溶液会被加热并蒸发，从而促使溶质逐渐结晶。

热流是结晶器中的重要参数之一，它直接影响结晶速率和晶体质量。

结晶器的宽面和窄面是影响热流分布的重要因素。

结晶器宽面和窄面的定义结晶器宽面和窄面通常是指结晶器内沿宽度方向和厚度方向的不同表面。

宽面是指结晶器内沿宽度方向的较大表面，而窄面是指沿厚度方向的较小表面。

在结晶器中，由于宽面和窄面的不同形态，热流会有所差异。

结晶器宽面窄面热流比的影响因素结晶器宽面窄面热流比受多种因素的影响，包括结晶器的几何形状、流体流动状态、壁面材料和热传导特性等。

结晶器几何形状结晶器的几何形状决定了宽面和窄面的比例关系。

不同的结晶器形状会导致不同的宽面窄面热流比。

例如，如果结晶器的宽度较大，窄面相对较小，则热流在宽面上将更加集中，宽面窄面热流比较大。

流体流动状态结晶器中流体的流动状态也对宽面和窄面的热流分布产生影响。

在结晶器中，流体可以以层流或湍流的形式流动。

层流时，热流沿着宽面和窄面均匀分布；湍流时，热流可能更倾向于集中在宽面上，导致宽面窄面热流比的增加。

壁面材料和热传导特性结晶器的壁面材料以及其热传导特性也会影响宽面和窄面的热流分布。

不同的材料具有不同的热导率和热容量，这将导致宽面和窄面之间的热流分布差异。

结晶器宽面窄面热流比的意义结晶器宽面窄面热流比的大小对结晶过程具有重要意义。

结晶速率宽面和窄面上的热流差异会导致结晶速率的不同。

通常情况下，宽面上的热流较大，结晶速率也较快；窄面上的热流较小，结晶速率较慢。

因此，宽面窄面热流比的增大将导致结晶速率的提高。

晶体质量宽面窄面热流比的大小还与晶体质量密切相关。

较大的宽面窄面热流比可能导致晶体生长速率的增加，从而减少晶体缺陷的产生，提高晶体的质量。

能源利用效率结晶过程中的能源利用效率也与宽面窄面热流比有关。

合理控制宽面窄面热流比可以提高结晶器的能源利用效率，降低生产成本。

工艺参数对大方坯结晶器流场和温度场影响的数学模拟

｛摩瞬ｌ・ｌ３
１３ｌ．亲十ｔ２璐３＿
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３释臻 § 童窖
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Ｊ１０ｌｕ．２ｌ
工艺参数对大方坯结晶器流场和温度场影响的数学模拟
吴刚，胤明冯
（马钢股份有限公司生产部安徽马鞍山２３０）４００
摘要：利用ｎｅｕｍ软件针对大方坯结晶器建三维有限差立了分模型，计算了连铸结晶器内的流场和温度场，析了入分浸
由于拉坯速度和水口浸人深度与结晶器内钢液的流动特征、温度场分布之间的关系都在不断的优化改进，因此结晶器内的流场和温度场总是不断地向
：０
（）动量方程：２
Ｐ＝一＋
毒＋）｛（鼍）
（）３描述湍流运动的Ｋ一￡方］金友林．０不锈钢板坯连铸结晶器水口结３４构优化的数值模拟［・钢，１・（）０１Ｊ特殊２０１：～３］０３３１［］薛峰，光华・５伟文薄板坯连铸结晶器内浸入式水口优
布为适时晶流和度分［嚣呈合为，器场温场６较～结３
一一
２４ｅ￣２３＇０｛蟊｛《嚣・糙
Ｘ
（）８ｒｍａ０ａ
（ｂ）１０ｍ２ｒａ
（ｃ）１０ｎ８ｌｆ
图４不同浸入深度时的结晶器温度场图・
（）１浸人深度的增加，２水３造成上、下回流涡心位置下移，自由液面表面速度减小，同时结晶器内高温度区域面积减小，自由液面的温度降低。当水

改进结晶器内钢水流场提高铸坯质量的研究

在更换结晶器过程中，以往主要保证结晶不漏水，弧对中良好就可行。但通过曲线分析，现在外发
座完结晶器后油缸压力不均，距过大。通过在座差
速都有增大趋势。但是窄面５０ｍｍ时在拉速由１ｍ／ｎ到１２ｍ／ｎ变化时有所降低，响不明显ｍｉ．ｍｉ影
结晶器流场均匀，壳结壳温度均匀，高铸坯的质坯提
ｌ４
河北冶金
２１０１年第７期
量。通过比较和对铸坯质量的分析对工艺参数进行
合理的优化。
３２方案的实施．
面流速影响，面１５０ｍｍ时，入深度为１０断０浸８
Ａｂｓｒｃ：ｓｄｔｎｆｕｎｃｆｆｏｗｉｌｈａｅｉｏｄｏａｔｎｇｂｉｌｔｑｌｔｔａｔＢａｅｈｅｉｌｅｅｏｌｆｅｄｃｎｇｎｍｌｎｃｓｉｌｅｕａｉｙ，ｉｉｎａｙｚｄｉｍｐｈｓｔｓａｌｅｎｅａｅｓｔｅｉｆｕｅｃｓｏｎｆｏｆｅｄａｓｄｂｙｖｉｒｔｏ，ｉｍｅｓｏｎｎｏｚｅ，ｓｏｐｉｒａｇｎｂｌｗｉｈｎｌｎｅｗｉｌｃｕｅｂａｉｎｌｍｒｉｚｌｔｐｎｇｂａｒｏｏｎｇ，ｐｒｔｃｉｏｅｔｎｇｓａｌｇ，ｌｉｕｒａｅｃａｇｅＷｉｈａｓｒｅｆｍｅｓｒｓａｐｅｈｅｅｔｏｉｌｔｆｒｄｉｏｄｉｅｕｅｉｄｓｆｃｈｎ．ｑｕｔｅｉｓｏａｕｅｄｏｔｄｔｅｄｆｃｆｂｌｏｍｅｎｍｌｓｒｄｃｄ，ｅｌｎｔｄｎｌｃａｋｓｏｉｕｌｅｃｄａｏｓｏｏｅ．ｏｇｉｕｉａｒｃｂｖｏｓｙｒｄｕｅｎｄｃｔｇｔｌｗｒ

板坯连铸机结晶器内流场的有限元分析

２模型的建立
２１基本假设和模型简化．
对结晶器参数进行优化是相当必要的。本文利用有
限元软件ＡＮＳＹＳ中的热一流场耦合ＦＯＴＲＬＡＮＣＤ模块，在相同的浇铸温度和不同的参数条件Ｆ对
下，钢三炼钢２０×１５ｍｍ的板坯结晶器内钢武５５０
Ｄ￣ｅｅ０６ｃｍｂｒ０２
板坯连铸机结晶器内流场的有限元分汉工程职业技术学院武汉：３００２武汉理工大学材料学院武汉：３００１武４０８，．４０７）
摘要应用有限元分析软件ＡＳＳ热一流场耦舍板块ＦＯＲＮＣＤ模拟了武钢三炼钢板ＮＹＬＴＡＦ，坯结晶器在相同浇铸温度下的流场分布情况。通过ＡＮＹ模拟结果，ＳＳ分析了不同拉坯速度、浸入式水口的插入深度和水口出口张角对结晶器中钢液流场分布状况的影响，从而为提高钢液的清洁
ｋ００（＋ｔ＋ “ ）＝．４ “ ｌ
）＋一差］户Ｇ￡（２）ｔ一水口出口Ｘ方向的速度；“ 口出口一水￡程Ｉ）［＋Ｙ方向的速度｝断面面积；～水口出口截面面方：Ｄ蠡（＝Ｓ一结晶器一拉坯速度；＝＝Ｓ尝麦］Ｇｆ）十＿２（积；一水口张角３ｎ）Ｇ罄（罄）（３结晶器内钢液流场的数值模拟一十４）
度和优化连铸工艺参数提供了依据。关键词板坯连铸结晶器流场有限元中图分类号：２文献标识码：Ｇ７０Ａ文章编号：６１３２（０６０—０００１７—５４２０）４０１—４

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ＡｂｔａｔＴｅｆｗｆｌｎ１０Ｈｍ１５０～１０ｍｍｉｅｓａａｔｇｍｏｄｈｓｂｅｔｄｅｙｕｉｇａｓａｅｓｒｃｈｏｉｄｉ９ｉｘ（０ｌｅ０）９ｗｄｌｂｃｓｎｌａｅｎｓｕｉｄｂｓｃｌｉｎ
流股涡心高度降低，晶器表面流速、结液面波动、流股对结晶器窄面的壁面剪切力均减小，卷渣和液面裸露几率逐渐降低。在钢水流量不变的情况下，随着结晶器断面宽度的增加，若采用同一水Ｆ，１可以适当减小水Ｖ插入深度。１
关键词
板坯连铸结晶器
水模型
数值模拟
结晶器内钢水的流动状况包括液面的波
动、注流对窄面的冲击、层覆盖状况、面流渣表速＿等，大地影响着铸坯质量和浇铸安全进行。３极
优化浸入式水口结构参数和结晶器操作工艺参数是
ＺａｇＤｊｎ，ｈｎＤｎｆ，ｎｕｎ，ｉＸｎｎｉＸｎｈｎａａｇＣｅｅｇＷａｇＣｉＪｉｇａｄＸｅｉｉｕａｎ
（ｏｌｅｏＭａｒｌＳｉｃｎｎｉｅｒｇＣｏｇｉｇＵｉｒｔ，ｈｎｑｎ００４ＣｌｇｆｔｉｓｃｅｅａｄＥｇｅｎ，ｈｎｑｎｎｖｓｙＣｏｇｉｇ０４）ｅｅａｎｎｉｅｉ４
・
１・２１４００年２月
第３卷第１期１
特殊钢
ＳＰＥＣＩＡＬＴＥＥＬＳ
Ｖｏｌ３１Ｎｏ．＿．１Ｆｂｕｒ２１ｅｒａｙ００
不同宽度板坯结晶器内流场的水模型和数值模拟研究
张大江陈登福王翠娜靳星谢鑫
（庆大学材料科学与工程学院，庆４０４）重重００４
摘
要
采用１０８：．比例水模型和基于Ｆｕｎ软件的数值模拟，ｌｅｔ实验研究了１０ｍｍ×（０９１０～１０）ｍ宽板５０ｍ９
坯连铸结晶器的流场。结果表明，钢水流量不变的情况下，在随着结晶器断面宽度的增加，股的冲击深度增加，流
改善结晶器内钢液流动方式、结晶器流场合理分促进
布的有效手段，对提高连铸坯质量具有重要作用。
ｗｉｉｃｅｓｎｈｅｗｉｔｆｍｏｄｓｃｉｎｉｓａａｌｂｅｔｏｒｙｄｃｅｓｈｕｍｅｇｄｄｐｈｏｕｍｅｇｄｎｚｌ．ｔｎｒａｉｇｔｄｈｏｌｅｔｏｔｉｖｉｌｏｐｒｐｅｌｅｒａｅｔｅｓｂｒｅｅｔｆｓｂｒｅｏｚｅｈａＭａｔｒａｎｄｘＳａｓｉｇＭｏｄ，ＷａｅｏｌＮｕｍｅｉａｍｕｌｔｏｅｉｌＩｅｌｂＣａｔｎｌｔｒＭｄｅ，ｒｅｌＳｉａｉｎ．ＦｏＦｉｌｌｗｅｄ，ＷａｌＳｅｒＳｒｓｌｈａｄｎＷａｅｏｅｎｍｅｉａｉｕａｉｎｏｏＦｉｌＳｕｙｏｔｒＭｄｌａｄＮｕｒｃｌＳｍｌｔｏｆＦｌｗｅｄ
ｉｌｂＣａｔｎｏｄｗｉｈＤｉｅｅｔＷｉｔｎＳａｓｉｇＭｌｔｆｒｎｄｈ
１０８ｗｔｒｍｏｅｎｕｒａ —ｉｌｔｄｂｌｅｔｓｆｗａｅ：．ａｅｄｌａｄｎｍｅｃｌｍｕａｅｙＦｕｎｏｔｒ．Ｒｓｌｈｗａｉｏｓｎｆｉｕｄｆｗｒｔ．ｗｉｎｉｓｅｕｔｓｏｔｔｎｃｎｔｔｏｑｉｏａｅｓｈａｌｌｔｉ— ｈｃｅｓｎｅｗｉｔｆｌ，ｔｅｉａｔｅｔｆｏｅｅｓｓｈｅｅｆｏｔｘｃｎｅｒｐ，ｔｅｆｗｒｔｔｌｕｄｓｒｒａｉｇｔｄｈｏｄｈｈｍｏｍｐｃｐｈｏｗｉｒａｅ，ｔｅ１ｖｌｒｅｔｒｄｏｓｈｏａｅａｉｉｕ－ｄｌｆｎｏｖｅｌｑｆｃｎｍｏｄ．ｔｅｌｕｄｌｖｌｕｔａｉｎａｄｔｅｓｅｒｓｅｓｏｑｉｏｏｎ￣ｗｓｅｏｌｅｒａｅｎｅｐｏａａｅｉｌｈｉｉｅｅｃｕｔｎｈｈａｔｓｆｌｕｄｆｗｔａｏｉｆｑｌｆｏｒｉｌｄｍｏｄｄｃｅｓ．ａｄｔｒｂ．ｈｂｉｔｆｓａｎｒｐｍｅｔａｄｂｒｉｕｉｕｆｃｅｕｃｓｇａａｌ．Ｉｏｓａｆｌｑｄｆｏｒｔｎｄｕｓｎｇｓｍｅｎｚｌｌｙｏｌｇｅｔａｉｎｎａｅｌｄｓｒａｅｒｄｅｒｄｕｌｙｎｃｎｔｎｔｏｉｕｉｗａｅａｉａｏｚｅ．ｑｌ