板坯结晶器内流场的物理模拟及分析

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板坯连铸结晶器非稳态流场的模拟研究

第31卷第6期2009年12月甘　肃　冶　金G ANS U　MET ALLURGYVol.31　No.6Dec.,2009文章编号:167224461(2009)0620001203板坯连铸结晶器非稳态流场的模拟研究王永胜1,王新华2,王万军2(1.酒钢集团有限责任公司,甘肃嘉峪关735100; 2.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083)摘　要:本文运用数值模拟研究方法,研究高拉速厚板坯连铸非稳态结晶器流动特性,研究浸入式水口堵塞、水口不对中对结晶器流场、液面流速和对初生坯壳的影响。

高拉速厚板坯连铸,铸坯质量下降,90%表面缺陷集中在铸坯边角区域,最严重的缺陷是铸坯中心和角部纵裂。

非稳态工况对结晶器的流场影响因素更为显著,研究发现水口堵塞程度、水口出口流速、流量分配比是结晶器液面流速不对称、液面波动的主要影响因素,水口不对中是钢液流股对结晶器初生坯壳局部热冲击的主要因素,因此高拉速连铸应尽量避免非稳态工况操作,确保产品质量和效率的双赢。

关键词:高拉速;非稳态连铸;结晶器;液面波动中图分类号:TF777.1文献标识码:AResearch of Mathe mati calM odels to the M old for theSl ab Unsteady Conti n uous Casti n gWANG Yong2sheng1,WANG Xin2hua2,WANG W an2jun2(1.J iuquan Ir on&Steel Gr oup L td.,J iayuguan735100,China;2.School of Metallurgical and Ecol ogical Engineering of University of Science and Technol ogy,Beijing100083,China)Abstract:M athe matical model rep resent a powerful t ool for gaining insight int o the p r oducti on sequence of the steel.Thr ough mathe matical model in fluid fl ow of mold in high s peed slab unsteady continuous casting,The tuck of the sub2 merged entry nozzle are main fact effects t o the vel ocities values in the mold,I n high s peed slab continuous casting,The effect degree for technics para meter t o liquidity of steel in mold is large than in l ow2s peed slab continuous casting.with the s peed of slab continuous casting become higher and higher,the fluctuating of steel level become severity,the dep th of i m2 p inge ment incraeased.the quality of slab deteri orated.The op ti m izing of the sub merged entry nozzle and matching for mold and electr omagnetis m are i m portant t o high s peed slab continuous casting.Key W ords:high2s peed;unsteady continuous casting;mold;the fluctuating of level1引言结晶器是钢铁稳定、高效、洁净生产流程中的最后一个控制环节,也是最关键的环节,适宜的结晶器流场特性可以使钢液中夹杂物和气泡上浮,防止卷渣,使保护渣熔化充分,在坯壳与结晶器之间形成均匀的渣膜,保证连铸润滑和结晶器传热,减少钢液流股对初生凝固坯壳的冲刷。

板坯连铸结晶器流场及液面波动水模研究

第6期　2009年12月连铸Continuous CastingNo.6December 2009板坯连铸结晶器流场及液面波动水模研究王永胜1,　王新华2,　王万军2(1.酒泉钢铁(集团)有限公司碳钢薄板厂,甘肃嘉峪关735100;2.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083)摘　要:以我国实际生产的某结晶器为原型,建立1∶1有机玻璃水模型,模拟研究了结晶器断面和中间包液位对板坯连铸结晶器流场形态和结晶器液面波动的影响。

中间包液位改变了水口出口的压力从而使结晶器流场和液面波动发生变化。

通过实验研究进一步认识了板坯连铸结晶器液面波动及其影响因素,并用以指导高质量连铸坯的生产。

关键词:结晶器;流场;液面波动;中间包液位中图分类号:TF777.1 文献标识码:A 文章编号:100524006(2009)0620013204W ater Modeling Study on Flow Field and Surface W avein Slab Continuous C asting MoldWAN G Y ong 2sheng 1,　WAN G Xin 2hua 2,　WAN G Wan 2jun 2(1.Carbon Steel Sheet Plant ,Jiuquan Iron and Steel Group Co.,L td.,Jiayuguan 735100,Gansu ,China ;2School of Metallurgical and Ecological Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083,China )Abstract :According to the mold for slab caster ,a water model in the ratio of 1to 1was established in order to study the effect of the mold section and the level of steel in tundish on the flow field and surface wave of molten steel in the mold.The pressure of steel flow on SEN outlet changes due to change of the level of steel in tundish.Then the flow field and surface wave of molten steel in the mold change too.The surface wave of molten steel in the mold and in 2fluence factors were further clearly recognized to guide the production of high quality slab.K ey w ords :mold ;flow field ;surface wave ;level of steel in tundish作者简介:王永胜(19732),男,博士,高级工程师; E 2m ail :wysmetal @ ; 修订日期:2009205206 结晶器内钢液的流场形态,特别是结晶器液面波动直接影响铸坯质量[1]。

天钢板坯结晶器流场物理模拟及连铸工艺优化

３实验结果及分析
３１液面波动测量．
３．冲击压力实验结果分析．２２为减少水口射流对坯壳的冲刷，要求冲击压力要尽量小。从表２中可以看出，各断面及拉速条件下各测点的冲击压力都很小，很多测点测量值为负（量测
动、卷渣等情况引起的铸坯夹杂物及表面缺陷等问
题。
６
２试验原理及水模的建立
２１实验方法．
结晶器内的钢液在流动时受到的作用力：惯性
力、重力、粘性力及表面张力，含这些力的相似准数包有：雷诺准数（）弗鲁德准数（和韦伯准数（）、）Ｗ。
的表现形式，如果结晶器液面过于平静，导致结晶会
器内保护渣熔化不好，造成铸坯表面缺陷，严重时可能会造成钢水液面凝固结壳，导致结晶器漏钢。如果
结晶器液面波动太大，会造成结晶器卷渣、钢水二次氧化，同样会导致铸坯夹杂与表面缺陷。本文通过结晶器的水模实验［］１，－主要包含液面波动的测量、５冲击深度的测量及结晶器流场演示，进行结晶器钢液面保护渣覆盖情况的物理模拟，归纳其变化规律及产生铸坯内部夹杂和表面缺陷的原因，给连铸工艺的优化提供理论依据，解决连铸生产过程中因为结晶器液面波
表２流股对侧壁冲击压力
：：－７１Ｖ００ √ ７ …
（）４
拉速
：ｈｕ＂Ａ２Ａ２．５
几ｚ一几

薄板坯连铸结晶器流场模拟和验证

2 流场模拟验证
2. 1 紊流验证为了对紊流模拟进行验证 ,本研究对一个板坯连
铸结晶器中的紊流流场进行了模拟 ,并先与文献 [ 9 ] 报道结果相对比。模拟条件如表 1 所示 ,水口出口处的雷诺数为 1. 9 ×105左右。具体的模型说明可以参看文献[ 9 ] 。
为了和文献[ 9 ]计算条件一致 ,该算例中在水口出口处采用绑定结晶器入口处速度矢量的入口条件。图 1 是结晶器中心宽面上的流场分布。图 1 (a)
收稿日期 :2005 - 01 - 27 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (项目编号 :50474088) 。作者简介 :张桂芳 (1965 —) ,女 ,河南焦作人 ,昆明理工大学副教授 ,在站博士后 ,主要从事材料加工研究。
·3 2 · 钢铁钒钛 2005 年第 26 卷
通常 ,在壁面附近存在一个粘性支层。在这个粘性支层中 ,速度梯度和温度梯度都很大 ,如果采用一般的方法 ,将需要布置相当多的节点。如果采用壁面函数 ,可以在粘性支层中不布置任何节点 ,把第一个与壁面相邻的内节点布置在旺盛紊流区域内 ,通过一些特定的计算公式求解。不同的研究者对壁面函数采用了不同的表达形式和处理方式。经过反复数值实验 ,本研究在原有程序基础上进行了改进 ,经过测试可以得到更好的计算准确度和收敛性。计算过程的收敛性和稳定性可以通过系统总体残差或 SIM2 PLER 方法中压力修正方程的“质量源”项[5]的大小来评价。
第 26 卷第 2 期 2005 年 6 月
钢铁钒钛
IRON STEEL VANADIUM TITANIUM
Vol . 26 ,No. 2 June 2005

板坯连铸结晶器内部流场的数值模拟

板坯连铸结晶器内部流场的数值模拟汤磊;张炯明;董其鹏;韩立磊【摘要】连铸结晶器作为控制钢水清洁度的最后环节,结晶器液面波动不仅影响连铸生产的稳定性,还会引起卷渣、拉漏、钢水裸露氧化等.本文采用数值模拟方法,利用Fluent软件的k-ε湍流模型对板坯结晶器内钢水流动状态和液面波动规律现象进行模拟研究,分析了拉速和吹氩量对结晶器内流场的影响.结果表明:随着拉速的不断提升,钢液对铸坯窄面冲击深度不断增大,结晶器内自由液面表面流速增加,液面波动加剧;氩气量增加,钢液对铸坯窄面的冲击位置上移,液面波动剧烈程度增加,容易导致结晶器卷渣和钢水裸露氧化.【期刊名称】《工业加热》【年(卷),期】2018(047)004【总页数】6页(P46-50,55)【关键词】结晶器;液面波动;拉速;吹氩量【作者】汤磊;张炯明;董其鹏;韩立磊【作者单位】北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TF777.1连铸结晶器作为控制钢水清洁度的最后环节，其内部钢液流动情况对铸坯洁净度有较大影响。

结晶器液波动不仅影响连铸生产的稳定，还会对铸坯质量产生影响[1]。

合理的结晶器流场可以使钢液中夹杂物和气泡上浮，防止卷渣，促使保护渣熔化良好，在坯壳与结晶器之间形成均匀的渣膜，保证连铸润滑和结晶器传热，减少钢液流束对连铸坯初生凝固坯壳的冲刷、熔融，而不稳定、不对称、不均衡的流场将破坏结晶器前生产工序的成果，导致卷渣、裂纹、拉漏等质量和生产事故[2]。

所以，对结晶器流场和液面波动进行研究，对于获得良好的铸坯质量，提高连铸生产效率以及生产洁净钢均具有重要的意义[3]。

多年来，中外冶金学者对结晶器液面波动行为进行了大量数值模拟和现场实验研究[4-11]，研究发现拉坯速度和水口吹氩量对结晶器内流场的影响较为明显，前人的研究大多都是从单个工艺参数进行研究，很少综合这两个因素来分析。

《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。

立式板坯连铸机结晶器内流场的数值物理模拟

ＮｕｅｉａｎｙｉａｉｕａｉｎｏｌｄＦｌｗｅｄｉｏｄｏｍｒｃｌａｄＰｈｓｃｌＳｍｌｔｏｎＦｕｉｏＦｉｌｎＭｌｆＶｅｔｃｌＳａｓｅｒｉａｌｂＣａｔｒ
ＺａｈｇｎＳｉｈＨｕｔｉ，ＣｅｕｎｉｇａｄＱｕＳｅｇａｈｏＺｉｇ一，ｈｅ，ｕＫｎａａＺｈｎＹａｑｎｎｉｈｎｔｏ
（ｏｅｅｏＭｅｌｒｃｌｎｎｒｎｉｅｉ，ＫｎｉｇＵｉｅｉｆｃｎｅａｄＴｃｎｌｙＫｎｉｇ５０３１ＣｌｇｆｔｌｇａａｄＥｅｇＥｇｅｒｇｕｍｎｎｖｒｔｏｉｃｎｅｈｏｇ，ｕｍｎ０９；ｌａｕｉｙｎｎｓｙＳｅｏ６２ＮｔｎｌｎｉｅｒｇＲｓａｈＣｎｒｆｏｔｕｕａｔｇＴｃｎｌｇ，ｅｔｏｎｔｌｅｅｒｎｔｕｅＢｉｎ０８）ａｏａＥｇｅｎｅｅｒｅｔｎｉｏｓＣｓｎｅｈｏｙＣｎｒｒｎａｄＳｅＲｓａｃＩｓｔｔ，ｅｊｇ１０ｉｎｉｃｅｏＣｎｉｏｅＩｅｈｉｉ０１
ａｄｂｓｄｏａｕａｉｎｏｕｄｍａｈｎｃ．一ｉｎｉｎｌｎｍｅｃｌｉｌｔｎｏｏｅｄｉｌｂｍｏｄｉｃｒｉｄｏｔｎａｅｎｃｃｌｔｆｉｃａｉｓ山ｅ３ｄｍｅｓａｕｒａｍｕａｉｆｆｗｆｌｎｓａｌＳａｒｕｏｌｆｏｉｓｏｌｉｅｂｓｇＦｕｎｏｔａｅａｄｈｇｑａｉｎｔｒｕｅｃｄ１ｅｕｔｓｏｔａｈｕｒａｉｌｔｎｒｓｌＯｙｕｉｌｅｔｓｆｒｎ一ｉｈＲｅｅｕｔｂｌｎｅｍｏｅ．ＲｓｌｈｗｔｅｎｍｅｃｌｍｕａｉｅｕｔＣ — ｎｗｏｕｓｈｔｉｓｏｓｉｃｄｉｈｅｕｔｏｈｓｃｌｓｍｕａｉｎ：ｔｅｅｆｃｏｏｚｅｓｒｃｕｅｐｒｍｅｅｓｏｑｉｖｌｕｂｌｎｉｅｉｅｅ — ｎｉｅｗｔｔｅｒｓｌｆｙｉａｉｌｔｈｓｐｏｈｆｔｆｎｚｌｔｕｔｒａａｔｒｎ１ｕｄｌｅｒｕｅｔｎｔｎｒｅｉｅｔｋｃ

中厚板坯连铸结晶内流场的物理模拟

中厚板坯连铸结晶内流场的物理模拟冯国辉;孙凤桥【摘要】阐述了采用物理模拟方法建立水模型,研究水口的结构和工艺参数对液面的波动、流场及保护渣覆盖情况的影响.结果表明:在实验条件下,液面波高与拉速正相关;与凸底水口相比,凹底水口的液面波高较大,出口射流更发散,对窄边冲击较弱,水口流股冲击深度相对较浅;随着拉速的增大,使用凹底水口时,液渣层厚度差较大,但水口附近水油界面更活跃,无卷渣现象.结合物理模拟结果分析,在现有生产工艺条件下,使用凹底水口综合效果较好.【期刊名称】《现代冶金》【年(卷),期】2017(045)006【总页数】5页(P15-19)【关键词】板坯连铸;物理模拟;浸入式水口;波面波动;流场【作者】冯国辉;孙凤桥【作者单位】南京钢铁股份有限公司,江苏南京210035;南京钢铁股份有限公司,江苏南京210035【正文语种】中文【中图分类】TF777.1引言降低连铸坯的缺陷、提高终端产品质量一直以来都是钢铁企业面临的刻不容缓的任务。

结晶器作为连铸工序中最重要的环节，是众多缺陷问题的发源地，连铸坯的质量很大程度上取决于结晶器内钢液的流动。

如果结晶器内流动情况不好，易造成水口附近液面不活跃、结冷钢或者液面波动不稳、卷渣等一系列问题[1-2]。

所以研究浸入式水口结构和连铸工艺参数的关系，确定结晶器内合理的流场就很有必要。

为了降低某厂260 mm×2150 mm断面板坯连铸机在浇注中、低碳钢时的原始裂纹率，力争实现无缺陷连铸坯生产，本文根据相似原理，建立物理模型，采用水介质来模拟钢液的流动特性，通过研究不同的水口结构和工艺参数对液面的波动、流场及保护渣覆盖情况的影响，以此得到合理的流场，确定使用效果最佳的水口。

1 实验部分1.1 实验原理利用水力学的方法近似模拟板坯连铸过程结晶器内钢液的流动，此方法具有低成本、便携、直观等优点。

实验选用水作为模拟介质，使用有机玻璃建立1∶2物理模型，考虑到水箱出水对结晶器出口流体的影响，结晶器模型在满足相似比的基础上延长了1倍。

板坯连铸结晶器流场物理与数学模拟研究

板坯连铸结晶器流场物理与数学模拟研究
1 连铸结晶器流场物理模拟
连铸结晶器流场物理模拟是研究连铸坯料结晶过程的一种重要手段，是利用数值模拟的方法，来模拟连铸拉管内坯料的运动及结晶发展状态。

模型的实际内容主要包括连铸坯料的宏观流场状态以及坯料中结晶物的运动规律等行为。

通过模拟，可以更客观准确的描述连铸结晶器内坯料的物理行为，从而深入了解坯料在结晶器内的运动规律及行为，为分析和优化结晶器厂内运行状况提供更全面及客观的评价依据。

2 连铸结晶器流场数学模拟
连铸结晶器流场的数学模拟是指通过构建连铸拉管内的坯料流场数学模型，以及采用恰当的结晶行为模型，通过数值计算模拟分析出连铸坯料结晶过程的流场行为。

数学模拟可以非常客观准确的描述在连铸拉管内坯料结晶时存在的热平衡性、液态结晶性及流场的发展变化规律，而且还能考虑到基于个体的细致行为，如晶粒大小、组分等及结晶动力学过程。

数学模拟可以作为理解坯料的运动过程的重要工具，帮助研究人员更深入了解结晶器内坯料的流场状态，有助于研究连铸结晶器内坯料的性能及实际运行情况。

3 结论
连铸结晶器流场物理模拟和数学模拟是目前研究连铸结晶器流场状态的有力手段，它们可以通过客观的数据和事实，来解释连铸坯料
的结晶过程及其运动规律，从而帮助研究人员更深入地探索问题本质及潜在机理，以此寻求更好的解决方案。

目前，已经有许多研究者采用这两种模拟方法，研究了连铸结晶器流场性质及变化规律，同时也得出了不少有益的结论与研究成果，但由于连铸结晶器流场特性复杂且简单模型化研究还存在不足，所以仍然需要持续深入探讨和研究才能进一步提高连铸结晶器的运行效率和能源使用效率。

板坯连铸机中间包流场的物理模拟

板坯连铸机中间包流场的物理模拟谢桂强;孙乐飞;邹锦忠;马鹏;刘群;敖翔【摘要】采用物理模拟的方法,研究拉速0.8 m/min、1.0 m/min、1.2 m/min,长水口插入深度200 mm、300 mm对中间包内钢液的停留时间分布曲线和流场的影响,结果表明0.8 m/min和1.0 m/min拉速下,停留时间分布曲线存在着明显的双峰现象,而1.2 m/min拉速下曲线的双峰现象不明显.0.8 m/min拉速下,中间包内存在着明显的死区.实验中间包的最优冶金工艺为:长水口插入深度300 mm,拉速1.2 m/min.【期刊名称】《河南冶金》【年(卷),期】2019(027)002【总页数】4页(P12-15)【关键词】中间包;停留时间分布;流场【作者】谢桂强;孙乐飞;邹锦忠;马鹏;刘群;敖翔【作者单位】新余钢铁集团有限公司;新余钢铁集团有限公司;新余钢铁集团有限公司;新余钢铁集团有限公司;新余钢铁集团有限公司;新余钢铁集团有限公司【正文语种】中文0 前言连铸中间包是连接大包与结晶器之间的过渡容器，不仅是稳压、分配钢液、保证钢液连续浇铸的缓冲容器，还是防止钢渣进入结晶器，去除钢液中非金属夹杂物，均匀钢液温度等保证铸坯质量的关键设备。

钢液流动是中间包内最基本的物理现象，中间包内各种冶金反应都是在流动的钢液中进行的，因此，对中间包内钢液流动的现象进行研究是优化和改进中间包冶金功能的基础[1]。

但是，在实际生产中，直接测量连铸中间包内钢液流动过程是难以进行的。

因此，对于新开发或改进现有中间包时，通常采用模拟的方法研究中间包内钢液的流场。

对于具体的连铸中间包，由于内部尺寸、构造及工艺参数不同，钢液在中间包内流动的过程也有很大的不同。

所以，对于新开发或者改造的中间包，只有在充分了解中间包内钢液的流动规律的基础上，才能更好的发挥中间包的功能。

对新钢公司改造后的40 t中间包内的流场进行研究，为这类中间包的使用提供参考数据。

大方坯SEN的设计优化与结晶器流场的物理模拟

武汉科技大学硕士学位论文大方坯SEN的设计优化与结晶器流场的物理模拟姓名：雷加鹏申请学位级别：硕士专业：钢铁冶金指导教师：于学斌20040416武汉科技大学硕士学位论文第ｉ页摘要现代连铸生产普遍采用浸入式水口浇注技术。

水口的结构参数与浇注工艺参数直接影响着结晶器内钢液的流场和温度场，进而决定了铸坯的表面质量和内部组织结构。

因而，优化浸入式水口的结构参数和工艺参数意义重大。

本文以某钢厂大方坯结晶器为研究对象，基于相似原理建立了ｌ：１的水模型，结合示踪剂法和摄影法等实验技术，对使用单孔、四孔、五孔和八孔ＳＥＮ浇注时，无Ｍ—ＥＭＳ和有Ｍ—ＥＭＳ两种情况下结晶器内钢液的流场进行了模拟研究。

得出以下结论：１．在插入深度为ｈｉ～ｈ２时，采用单孔喇叭型水口比采用单孔直筒型水口浇注时，冲击深度更浅，钢液在结晶器内温度和成分均匀化的效果更好，热中心更靠上，更有利于保护渣的熔化，可以获得高质量的铸坯。

２．原四孔ＳＥＮ四个出孔不正交，导致结晶器内流场不对称，从内弧侧向外弧侧看，液面左后角和右前角均出现漩涡。

原四孔ＳＥＮ合理的浇注工艺参数应为：ａ＝ｏ２～ｎ３，ｈ＝ｈ３±ｌＯｍｍ。

３．五孔改进漏斗型ＳＥＮ与原四孔ＳＥＮ的情况相比，加大了冲击深度，不利于夹杂物的上浮。

４．采用设计的八孔ＳＥＮ浇注时，即使ｈ＝ｈ５，液面波动仍达２ｍｍ，且液面上有漩涡形成，容易发生卷渣。

５．新四孔ＳＥＮ最佳结构与工艺参数为：Ｓ＝Ｓ３，１３＝Ｂ２，ａ＝ｏ３，ｈ＝ｈ２±ｌＯｍｍ。

将新四孔ＳＥＮ、原四孔ＳＥＮ和五孔改进型ＳＥＮ各自最优结果进行比较，新四孔ＳＥＮ的混均时间比后两者分别短了ＩＳｅｃ和０．５４Ｓｅｃ，冲击深度变浅了１９．７ｍｍ和３１．４ｍｍ，上翻到液面时间缩短了０．９２Ｓｅｃ和１．５５Ｓｅｃ，液面波动几乎相同。

６．当液面流速在０．３０～０．６０ｍ／ｓ之间时，电磁搅拌强度是合理的。

在本水模型实验中，输入功率为０．４～１．２Ｗ。

板坯连铸结晶器内钢液吹氩过程数学物理模拟

为了进一步控制铸坯卷渣的问题，我们提出了一些应对策略。首先，可以通过优化结晶器吹氩的工艺参数，如氩气流量、吹氩时间和吹氩方式等，实现更有效的搅拌和夹杂物排除。其次，针对设备方面，可以改进结晶器的设计，提高结晶器的有效容积和深度，以增加钢水的容纳量和搅拌效果。最后，加强过程监控也是控制铸坯卷渣的重要手段。
3、研究方法
本次演示的研究方法主要包括实验设计和数学模拟两部分。实验设计包括： 1）设计不同电磁搅拌参数下的圆坯连铸实验方案；2）制备不同材质和尺寸的圆坯试样；3）使用高速摄像机和温度测量系统对圆坯连铸过程进行实时记录和数据采集；4）通过对实验数据的处理和分析，探索电磁搅拌参数对圆坯质量的影响规律。
在板坯连铸过程中，结晶器吹氩的目的是通过氩气的搅拌作用，使结晶器内的钢水产生流动，从而增加凝固过程的传热效率，提高铸坯的质量和生产效率。然而，结晶器吹氩也会对铸坯卷渣产生影响。卷渣主要是指在浇注过程中，由于保护不足或工艺不当，导致非金属夹杂物或氧化物被卷入铸坯中。这些夹杂物或氧化物会对铸坯的质量产生严重影响，降低产品的机械性能。
感谢观看
5、结论与展望
本次演示通过对圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的数学模拟和实验研究，揭示了电磁搅拌对圆坯连铸过程的影响规律。然而，本研究仍存在一定的局限性，例如实验样本数量较少，未涵盖所有可能的影响因素。未来研究可进一步拓展实验范围，考虑更多影响因素的作用，如钢种、浇注温度、保护渣性能等。
可以采用更先进的数值模拟方法，如耦合传热、流动和凝固过程的有限元法，以获得更精确的模拟结果。此外，针对工业应用的实际需求，未来研究应如何将优化后的电磁搅拌技术应用于实际生产过程，为提高圆坯连铸生产效率和产品质量提供有效的技术支持。
总之，板坯连铸结晶器吹氩对铸坯卷渣具有重要影响。通过深入了解其影响机理和采取有效的应对策略，可以显著提高铸坯的质量和生产效率。本次演示的研究成果和发现为实际生产提供了有益的参考，有助于推动板坯连铸技术的发展。

《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的重要环节，其结晶器内的三维流热固耦合现象逐渐成为研究的热点。

该过程涉及到流体动力学、传热学、固体力学等多学科交叉，对优化生产流程、提高产品质量具有重要意义。

本文旨在通过数值模拟的方法，对板坯连铸结晶器内的三维流热固耦合现象进行深入研究，以期为实际生产提供理论依据和技术支持。

二、问题概述在板坯连铸过程中，结晶器是关键设备之一，其内部的三维流热固耦合现象对铸坯的质量和性能有着重要影响。

该现象涉及到熔融金属的流动、传热、以及凝固过程中的相变和力学行为，具有高度的复杂性和多变性。

因此，对结晶器内三维流热固耦合现象进行深入研究，对于提高铸坯质量、优化生产流程、降低生产成本具有重要意义。

三、数值模拟方法为了研究板坯连铸结晶器内三维流热固耦合现象，本文采用数值模拟的方法。

首先，建立结晶器内三维流场的数学模型，包括熔融金属的流动、传热等物理过程。

其次，运用计算流体动力学（CFD）方法，对数学模型进行求解，得到结晶器内流场的分布和变化规律。

再次，考虑固相的相变和力学行为，建立固相数学模型，并与流场模型进行耦合。

最后，通过数值模拟软件，对耦合模型进行求解，得到结晶器内三维流热固耦合现象的数值模拟结果。

四、模拟结果与分析通过数值模拟，我们得到了板坯连铸结晶器内三维流热固耦合现象的详细结果。

首先，流场分布结果表明，熔融金属在结晶器内呈现出复杂的流动形态，受到多种因素的影响，如结晶器的结构、金属的成分和温度等。

其次，传热过程的分析表明，结晶器内的传热过程与流场密切相关，流速较快的区域传热效果较好。

最后，固相的相变和力学行为的分析表明，凝固过程中的相变和力学行为对铸坯的质量和性能有着重要影响。

通过对模拟结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 结晶器结构对流场分布和传热过程具有重要影响。

合理的结晶器结构能够优化流场分布，提高传热效果，从而提高铸坯的质量和性能。

板坯电磁制动结晶器内冷却水热传导行为的数值模拟仿真与优化设计

80研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2023.11 (下)行声光报警。

在可能的实施方式中，电磁阀42的阀体上还设置有手轮。

5 结语反虹吸改造过程是一个复杂的机制，它受到操作条件的频繁波动，容易受到众多随机干扰因素的影响，从而使该过程的有效管理更具挑战性。

本课题提供的汽分配系统，通过在每台凝结水泵的出口总管上设置电磁阀，通过微控制器与凝结水泵的信号控制端连接，实现了凝结水泵与电磁阀的联锁控制，从而当凝结水泵停运时，自动关闭电磁阀，能够有效地防止虹吸现象的发生，使用效果良好。

1 前言薄板坯连铸连轧技术因其工艺流程短、生产工艺简化、能耗低、生产效率高而在钢铁冶金领域得到了广泛应用。

而结晶器内的冶金过程是一个复杂的多相流动过程。

因此，结晶器内钢液流动范围小、流速高，钢液流场的速度场和温度场不均匀，会对铸坯质量产生不利影响，需要对结晶器内钢液流场和电磁制动器的温度场进行优化。

为了提高铸坯的质量，工业上采用电磁制动技术来控制钢液的流动。

对于钢水的分析，Harada 等人利用水银模型研究了不同电磁制动方式对钢液流动的影响，发现了水平磁场下液腔内的活塞流现象。

b.k.li 等采用数值模拟法研究了在全宽度两级电磁制动作用下，吹氩对结晶器内钢液流动的影响。

Takatani 等分析了从结晶器水口流出钢液的穿透能力。

Garcia-Hernandez 等人通过应力的角度分析了电磁力对钢液流动的影响。

hami 等结合前人的相关研究，采用数值模拟方法耦合传热与凝固，发现电磁制动可以减少钢液流动对结晶器窄面的冲击，改善结晶器内钢液的速度分布。

综合以上所述，目前对于电磁制动器内部冷却水系统，国内外相关研究较少。

某厂的一台1850mm ×800mm×700mm 电磁制动器是目前国内已实际应用的最广电磁制动器之一，本文通过实际生产参数建立了电磁板坯电磁制动结晶器内冷却水热传导行为的数值模拟仿真与优化设计丁岩，尹腾飞，甘霖，赵孝正，杜颖（湖南科美达电气股份有限公司，414000）摘要：板坯电磁制动器的制动效果受多种因素影响。

电磁制动下板坯结晶器内金属流动的物理模拟

ｍｏｄｏｌｂｗｔｈｌｃｒｍａｎｔｒｋ．Ｔｅｖｌｃｔｎｍｏｄｗｉｅｅｅｔｍａｎｔｅｄｆｈｌｆｓａｉｔｅｅｅｔｈｏｇｅｉｂａｅｃｈｅｏｉｉｌｔｄｆｒｎｇｅｉｆｌｅｙｈｃｉｔ
ｕｐｒｐｒｆｔｅｍａｎｔｃｆｅｄＢ１ｉｃｅｓｄｆｏ０Ｔｏ０．８０．６Ｔｎ５ｐｅａｔｏｈｇｅｉｌｎｒａｅｒｍｔ１ｉ３ａｄ０．Ｔ，ｈｏｒｐａｔ０ｔｅｌｗｅｒｆ
第３３卷
第６期
上
海
金
属
Ｖｏ．３，Ｎｏ６１３．Ｎｏｅｅ，２１４１ｖｍｂｒ０１
２１０１年１１月
ＳＨＡＮＧＨＡＩＭＥＴＡＬＳ
电磁制动下板坯结晶器内金属流动的物理模拟
王敏贾皓张振强邓康
（上海大学上海现代冶金与材料制备重点实验室，上海２０７）００２
ｃｓｉｇ，ｆｒｔｅｓｐｒｓｉｎｏｈｐｅｌｅｅｕｔａｉｎｓｏｌｈｏｅａｌｗｅｇｅｉｕａｔｎｏｈｕｐｅｓｏｆｔｅｕｐｒｍｏｄｌｖｌｆｃｕｔｏｈｕｄｃｏｓｏｒｍａｎｔｃｆｘｌｌ
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《CSP薄板坯结晶器钢液流动、传热凝固及溶质分布研究》范文

《CSP薄板坯结晶器钢液流动、传热凝固及溶质分布研究》篇一CSP薄板坯结晶器中钢液流动、传热凝固及溶质分布研究一、引言薄板坯连铸技术是现代钢铁工业中的关键工艺之一，对于提升钢材的产量与质量、提高生产效率具有重要的应用价值。

其中，CSP（Compact Strip Production）薄板坯结晶器作为连铸过程中的核心设备，其内部钢液的流动、传热凝固及溶质分布特性直接关系到铸坯的质量和性能。

因此，对CSP薄板坯结晶器内钢液流动、传热凝固及溶质分布的研究显得尤为重要。

二、钢液流动研究在CSP薄板坯结晶器中，钢液的流动状态对铸坯的质量和性能具有重要影响。

钢液流动的稳定性、速度分布以及湍流程度等都是研究的关键点。

首先，通过数值模拟和实验研究相结合的方法，可以观察到钢液在结晶器内的流动路径和速度分布。

模拟结果表明，钢液在结晶器内呈现出一定的流场分布，流速在结晶器不同部位有所差异，这主要是由于结晶器结构、浇注温度及钢液成分等因素的影响。

其次，湍流现象对钢液的流动具有重要影响。

湍流能够增强钢液的混合程度，有利于溶质的均匀分布，但同时也可能导致流场的紊乱，对铸坯的质量产生不利影响。

因此，控制湍流程度，优化钢液的流动状态是提高铸坯质量的关键。

三、传热凝固研究传热凝固过程是CSP薄板坯结晶器中另一个重要的物理过程。

钢液在结晶器内凝固时，传热过程的效率直接影响到铸坯的凝固组织和性能。

一方面，传热过程受到结晶器结构、冷却水流速及温度等因素的影响。

通过优化结晶器结构，合理控制冷却水流速和温度，可以提高传热效率，从而促进钢液的快速凝固。

另一方面，铸坯的凝固组织对传热过程也有反作用。

不同的凝固组织具有不同的热传导性能，这也会影响传热过程的效率。

四、溶质分布研究溶质分布是CSP薄板坯铸坯性能的重要指标之一。

钢液中的溶质在凝固过程中会发生重新分布，这直接影响到铸坯的化学成分和性能。

研究表明，溶质的分布受到结晶器内钢液流动、传热凝固过程以及浇注温度等因素的影响。

板坯连铸机结晶器流场数值模拟及结果分析

毕业设计目录摘要············································································································································· - 2 - 英文摘要····································································································································· - 3 - 第一章绪论 ······························································································································· - 4 -1.1结晶器··························································································································· - 4 -1.2结晶器内钢液的流动··································································································· - 4 -1.3结晶器流场的模拟方法······························································································· - 4 -1.4本课题的研究意义、研究内容·················································································· - 5 -1.4.1课题意义············································································································ - 5 -1.4.2本文的主要工作································································································· - 5 - 第二章文献综述······················································································································· - 6 -2.1连铸过程概述··············································································································· - 6 -2.2数值模拟研究现状······································································································· - 6 - 第三章结晶器内流场数学模型的建立··················································································· - 9 -3.1模拟条件······················································································································· - 9 -3.2控制方程······················································································································· - 9 -3.3边界条件的确定··········································································································· - 9 - 第四章模拟计算方法··············································································································- 11 -4.1 GAMBIT ······················································································································- 11 -4.2 FLUENT·······················································································································- 11 -4.3前处理·························································································································- 11 -4.4 求解·····························································································································- 11 -4.5后处理··························································································································- 11 - 第五章计算结果和分析··········································································································- 12 -5.1结晶器内流场基本特征····························································································· - 12 -5.2水口倾角对流场的影响···························································································· - 12 -5.3水口插入深度对流场的影响···················································································· - 13 -5.4拉坯速度对流场的影响···························································································· - 14 - 第六章结论······························································································································- 15 - 参考文献····································································································································- 16 - 致谢············································································································································- 17 -- 1 -李佳：板坯连铸机结晶器流场数值模拟及结果分析板坯连铸机结晶器流场数值模拟及结果分析摘要连铸结晶器过程钢水流动与生产工艺顺序和铸坯质量有密切关系，它不仅涉及到夹杂物分离去除效果和防止保护渣卷入，而且对初生凝固坯壳发育和避免漏钢事故发生具有显著影响。

连铸板坯结晶器内钢渣界面的波动行为和卷渣行为的研究

连铸板坯结晶器内钢渣界面的波动行为和卷渣行为的研究摘要随着高效连铸的发展和吹氩工艺的广泛应用，结晶器的冶金作用越来越重要。

深入研究结晶器内钢渣运动是促进连铸工艺顺行，改善铸坯质量的关键因素。

本文以太钢板坯连铸结晶器为研究对象，根据相似原理建立1:2的水模型，采用水力学物理模拟方法，研究了拉速、水口插入深度以及吹气量对结晶器内液面波动、液渣分布、卷渣行为的影响规律。

研究表明：拉速对结晶器内钢渣界面流动行为影响很大，吹气量对结晶器不同部位的钢渣流动影响程度不同，在水口附近影响最大。

在高拉速浇注时，结晶器内很容易出现剪切卷渣；在拉速不高而吹气量比较大时，吹气卷渣是卷渣的主要方式。

当卷入结晶器内的渣滴冲击深度较浅时，会因浮力作用而慢慢上浮；当渣滴的冲击深度较深时，就会被流股冲击到结晶器下部区域，最终形成铸坯大型夹杂物或者导致卷渣漏钢事故。

关键词板坯结晶器卷渣吹气1文献综述1.1板坯连铸技术概述连续铸钢技术的开发与应用是钢铁生产中继氧气转炉之后又一次重大的技术革命，是目前冶金领域最活跃的一个分支，也是炼钢领域内发展最快的技术之一。

连铸技术对世界钢铁工业的发展产生了巨大的推动力。

目前连铸生产快速发展已成为推动炼钢和整个钢铁生产蓬勃发展的主要技术动力[1,2]。

1.2结晶器冶金作用在连铸过程中，由于钢水不纯净、二次氧化、夹杂上浮不充分，铸坯本身的凝固特征，高温铸坯要经受冷却、弯曲和拉矫等方面的热应力和机械应力，使铸坯存在一些缺陷。

铸坯的表面缺陷主要决定于钢水在结晶器内的凝固过程，它是与结晶器内坯壳的形成、结晶器振动、保护渣性能、浸入式水口设计及钢液面稳定性等因素有关的，必须严格控制影响表面质量的各参数在合理的目标值内，以生产无缺陷的铸坯，这也是热送和直接轧制的前提条件。

影响板坯质量及工艺顺行的关键问题，大部分与钢液在结晶器内的流动行为有着直接或间接的关系。

高速连铸会加剧钢液流速和弯月面的流动，造成凝固壳的不稳定，夹杂物难以上浮，更为严重的是，易将钢液面上的保护渣卷入到钢水中，保护渣覆盖不均匀，从而引起漏钢事故和质量缺陷。

板坯连铸电磁制动下结晶器内金属流场的数学物理模拟

第１９卷第６期
２０１３年１２月
上洛戈
报（自然科学版）
Ｖｏ１．１９Ｎ０．６
Ｄｅｃ．２０１３
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＧＨＡＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬＳＣＩＥＮＣＥ）
ＣＨＡＮＧＴｏｎｇ — ＸＵ，ＪＩＡＨａｏ，ＺＨＡＮＧＺｈｅｎ — ｑｉａｎｇ，ＤＥＮＧＫａｎｇ，ＲＥＮＺｈｏｎｇ — ｍｉｎｇ
（ＳｈａｎｇｈａｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｄｅｒｎＭｅｔａｌｌｕｒｇｙａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００７２Ｃｈｉｎａ）
ａｌｔｅｒａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｌｆｕｘｄｅｎｓｉｔｙ．Ｔｈｅｕｐｐｅｒｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｆｅｌｄｃａｎｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｎｈｉｂｉｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅ
ｕｐｐｅｒｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｌｆｕｘｄｅｎｓｉｔｙｓｈｏｕｌｄｎｏｔｂｅｔｏｏｈｉｇｈ．
ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｍｅｌｔｉｎｇｏｆｐｏｗｄｅｒａｎｄｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔｄｅｐｔｈ，ｔｈｅ