板坯连铸结晶器内温度应力场耦合模型

连铸结晶器内热一力耦合数值模拟及研究

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Ｎｕｅｉａｉｕａｉｎａｄｒｓａｃｆｔｅｍａ－ｏｃｏｐｉｇｍｒｃｌｓｍｌｔｏｎｅｅｒｈｏｈｒｌｆｒｅｃｕｌｎｉｏｄｄｒｎｏｔｎｏｓｃｓｉｎｍｌｕｉｇｃｎｉｕｕａｔｎｇ
ｓｏｈａｏｒｃｎｔｏｆｔｍｐｒｔｒｒｐｒｔｆｂｌｅｎｍｏｌｎｕｘｈｓａｖｒｎｌｕｔｎｉｎｆｃｎｅｔｅｅｈｏｍａｉｎｈｗｓｔｔｐｒｐｅｏｒｌｏｅｅａｕｅｄｏａｅｏｉｌｔｉｕｄａｄｆａｅｙｉｐｒａｔｓｇｉａｃｏｐｒｖｎｔｔｅｆｒｔｌｉｏｏ＂ｈａ１ｌｇｍａｃｉｇ（ａｋｔｔｅｅｉＹｓａｔｈｎ：ｃ．ｒ
１１工艺参数．
连铸过程工艺参数选择见表１所示．
￥收稿日期：０２—０２２１６— ７
作者简介：王章岭（９６一）男，１８，山东菏泽人，硕上
王章岭，：等连铸结晶器内热一力耦合数值模拟及研究表１连铸工艺参数
ｏｈｅｓｒｎｉｇａｔｅｓｄｓｒｂｕｉｎｎｄｉｅｒｎａｎｇｓｅｄ．ｅｒｓｔｈｗｈｔｗｈｅｒｗｉｇｓｅｄｉｒａｅｔｅｓｎｅｐｏｔｆｔｈｉｋｎｎｄｓｒｓｉｔｉｔｏｉｆｅｔｄｒｗｉｐｅＴｈｅｕｌｓｓｏｔａ，ｔｎｄａｎｐｅｎｃｅｓｓ，ｈａｌｓ— ｔｏｎｔｕｌｆｔｅｓａ）ｓｒＨｅｔｍｐｒｔｅｊｃｅｓｓ．ｎｈｅｔｉｋｎｓｆｔｅｓｌｄｆｅｈｌｍｏｌ）ｅｍｅｈｉｎｉｇ．ｈｅｓｍｅｉｎｉｈｅｍｏｄｏｈｌｔｕ￣ｅｅｅａｕｒｎｒａｅａｄｔｈｃｅｓｏｈｏｉｉｄｓｅｌｕｄ１ｏｓｔｎｎＡｔｔａｉｅ

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

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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。

连铸结晶器温度场及热变形的数值模拟

ｄｆｒａｏｎｒａｅ．Ｔｅｒｔｆｃｏｉｇｗｔｒｈｒａｎｕｎｅｏｈｅｅａｕｅｆｌｄｔｅａｅｏｔｎｉｃｅｓｈａｅｏｏｌａｅａｇｅｔｉｅｃｎｔｅｔｍｐｒｔｒｅｄａｈｒｌｍｉｓｎｓｌｆｉｎｍ
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第５卷第３期
２００６年９月
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Ｖｏ．．１５Ｎｏ３Ｓｐｔｅ．２０６０

《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。

《耦合流动和凝固过程连铸结晶器内数学模型的建立》研究

魏巍吴贺郗瑶尹志钊郄亚娜张惠娟《耦合流动和凝固过程连铸结晶器内数学模型的建立》研究第1章问题描述一、研究任务建立了一种耦合连铸结晶器内流动和传热过程的数学模型，介绍了模拟计算中处理非线性问题的几个措施。

二、相关概念及理论凝固和流动是连铸结晶器内影响操作过程和铸坯质量的两种重要现象。

最早是Mizikar在说明结晶器内传热和凝固过程时，提出了有效导热系数。

在他的研究中，采用一个简化方法考虑流动对传热的影响，将钢液中的传热系数加大为固相的几倍，而不具体考虑其他影响传热的因素。

从生产条件下的方便应用考虑，这种有效导热系数的方法可以基本反映出结晶器内的冷却条件和帮助建立二冷区的操作制度，但从深入研究真实现象考虑，这一方法对研究凝壳的生长过程是有缺陷的，因为忽略了液池内流动及其对横截面方向传热的不同影响。

魏巍吴贺郗瑶尹志钊郄亚娜张惠娟三、研究现状托马斯提出了多个结晶器内流动的模型。

在这些模型中，他假设液池有一个固定的形状，忽略了长大中的凝壳对流动的影响，而且认为边界层流速为零。

弗林特可能是第一位将连铸结晶器内流动和凝固耦合起来进行模拟的研究者，他利用商业软件做了计算。

但是，利用通用软件计算一些比较复杂体系，如连铸结晶器时，有时可能出现与实物现象较大的偏差。

四、研究方法考虑各种过程耦合作用下连铸结晶器内的传输现象，提出的数学模拟要求求解连铸结晶器内的流体动量传输方程、对流和传导的传热方程，引入凝固壳受钢液流动影响而移动着的边界条件。

第二章算法研究一、数学模型假设建立数学模型时假设如下：魏巍吴贺郗瑶尹志钊郄亚娜张惠娟（1）铸坯无弯曲和矫直；（2）忽略弯月面的影响；（3）稳态；（4）表面以上为室温；（5）钢液凝固不考虑过冷。

二、控制方程连续性方程：动量方程：能量方程：j j x u i i j j i eff j j i j x p x u x u x x u u魏巍吴贺郗瑶尹志钊郄亚娜张惠娟式中，μeff 为有效黏度系数，由k -ε 双方程模型处理；Cp 为钢液热容；K eff 为钢液有效导热系数；L 为钢的潜热；f 为固相分数。

连铸板坯在结晶器内凝固行为的研究

在考虑结晶器铜板水槽结构尺寸和分布的基础上，建立了连铸板坯在结晶器内温度场和
应力场之间耦合过程的有限元分析模型。通过耦合计算，发现板坯在连铸结晶器中宽窄面方向上的坯壳表面温度、坯壳生长及其受力变形等行为沿拉坯方向上的变化规律，为分析和解决铸坯在结晶器中产生的质量问题、设计或优化有关结晶器工艺和结构参数提供了理论依据。关键词板坯结晶器温度场应力场耦合
・! .・
炼
钢较稳定。
第" 2卷
! " #$ $% & ’ # ! "( ’ #$ $，目前生产的钢种主要有：普碳钢和低合金钢。本次模拟计算所对应的各条件如下。浇注工艺条件铸坯断面拉坯速度钢中碳含量（! ）浇注温度冷却水流量冷却进水温度弯月面离顶部距离结晶器铜板设备参数长度锥度（窄面） & ’ #$ $ ／ " ) !$ "( # #$ $% ! " ’$ $ ／ " ) #$ $ * + # ) " ,"’ . #/ ( ／ , .$ 0 ! ,/ " # #$ $
! — —保护渣的热阻／（& ・・12#）， &!— 3 其值根据应器壁面位置共同决定 — —铸坯表面与保护渣间的接触热 &%— ! 阻／（& ・・ 3 12#）
! " % 初始条件
力学初始条件是：弯月面处液态钢水流动性好，与结晶器铜板紧密接触，钢水静压力为零。温度场初始条件是：弯月面处铸坯温度均匀分布，等于钢水浇铸温度 $8，如式（）。 $ （(，） $ *9 : ! 9$8 )， 4 ( . 5 式中 — —铸坯温度／ $— ; — — —钢水浇铸温度／ $8 ; （） $

铝板坯充型过程流场与温度场的耦合数值模拟

姚
海（９１一）硕士生；３０４山西省太原市。１８，００２
整算法，可准确计算动态自由液面的交界聚合与
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和流动的分布情况。１基本理论
究，量地了解结晶器内流体运动状态和传热特定
征是一种行之有效的研究方法。
虽然液态金属的充型过程模拟日益引起人们的重视，但是充型过程不仅涉及流体的流动问题，而且伴随着温度下降与金属凝固现象的发
Ｃｕｌｄｎｍｅｉａｔｏｓｕｅｏａａｙｅｔｅｆｗｅｄａｄｔｍｐｒｔｒｅｄｉｒｓａｌｅ・Ｂｏｐｅｕｒｃｌｍｅｈｄｗａｓｄｔｎｚｈｏｆｌｎｅｅａｕｅｆｌｎｃｙｔｌｉｒｙｌｌｉｉｚ
铝的充型过程是在一种非稳态下进行，铝液释放显热和潜热，并且逐渐凝固成一定形状铸坯
件应用水平受、数值方法和实验技术的进步，铸件充型凝固过程的数值模拟工作已经越来越成熟。用数值模拟方法对铝的充型进行研究的重要目的之一就
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Ｖｏ．７Ｎｏ４１２．
冶金
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源
２３
Ｊｌ．０８ｕｙ２０
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铝板坯充型过程流场与温度场的耦合数值模拟
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连铸结晶器温度场和应力场的有限元分析

第12卷第6期2005年12月塑性工程学报J OU RNAL OF PL ASTICIT Y EN GIN EERIN GVol 112　No 16Dec 1　2005连铸结晶器温度场和应力场的有限元分析(上海交通大学模具CAD 国家工程研究中心,上海　200030)　谢延敏于沪平阮雪榆(内蒙古科技大学,包头　014010)　王宝峰麻永林摘　要:在高效连铸过程中,结晶器的传热效率起着至关重要的作用。

根据小方坯结晶器的传热特点,利用六面体八节点单元,建立了三维非稳态有限元传热数学模型,并用FOR TRAN 开发了相应的程序,对小方坯结晶器在浇注过程中的温度进行了模拟,获得结晶器温度场分布及变化情况;同时建立结晶器相应的三维应力模型,利用小方坯结晶器温度场的计算结果,模拟了不同结晶器铜板厚度的应力和铜板的变形。

结果表明,结晶器壁越薄,变形越严重,应力越大;多锥度结晶器更适合结晶器的变形特点。

关键词:结晶器;连铸;有限元;温度场;应力场中图分类号:TF77713 文献标识码:A 文章编号:100722012(2005)0620103206谢延敏　E 2mail :xie _yanmin @sjtu 1edu 1cn作者简介:谢延敏,男,1975年生,四川安岳人,上海交通大学模具CAD 国家工程研究中心博士生,主要从事先进塑性加工技术仿真和稳健设计等方面的研究收稿日期:2005201209;修订日期:20052072191　前　言结晶器是连铸机的“心脏”,钢水在结晶器内的凝固实质上是把钢水热量通过结晶器传给冷却水的过程。

连铸坯大多数的表面缺陷在结晶器内开始形成,并在二冷区扩张。

从理论和实践上研究小方坯结晶器铜壁温度的分布规律及影响因素,准确掌握结晶器在工作中的应力变形,对优化结晶器的结构设计,提高其铸坯质量和寿命有重要意义[1～4]。

目前,国外连铸机的拉速已高达7m/s 以上,同时适应连铸坯变形规律的自适应也已用于生产实践。

连铸坯凝固过程热力耦合有限元模拟

第44卷　第3期　2009年3月钢铁Iron and Steel　Vol.44,No.3March 2009连铸坯凝固过程热力耦合有限元模拟陈　永1,2,　罗　歆3,　沈厚发3(1.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004;　2.攀枝花钢铁研究院材料研究所,四川攀枝花617000;　3.清华大学机械工程系,北京100084)摘　要:以铸坯和结晶器之间的间隙热阻为纽带,考虑保护渣凝固对接触热阻和渣膜热阻的影响,建立了连铸结晶器与铸坯热力耦合模型并编写了相应的有限元仿真程序。

模型预测的坯壳厚度和实验结果吻合良好,两者差值≤2mm 。

应用模型分析了大方坯连铸结晶器内的传热过程和坯壳的应力分布。

结果表明,随着拉速提高,凝固坯壳厚度减薄,铸坯产生角部裂纹的趋势增加。

关键词:大方坯连铸;结晶器;传热;热2力变形;有限元法中图分类号:TF77712 文献标识码:A 文章编号:04492749X (2009)0320036204Numerical Simulation on Thermo 2Mechanical Coupling inB loom Mold by Finite E lement MethodC H EN Y ong 1,2,　L UO Xin 3,　SH EN Hou 2fa 3(1.School of Materials and Metallurgy ,Northeastern University ,Shenyang 110004,Liaoning ,China ;　2.Departmentof Material Research ,Panzhihua Iron and Steel Research Institute ,Panzhihua 617000,Sichuan ,China ;3.Department of Mechanical Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )Abstract :A thermo 2mechanical finite element model was established to analyze the heat transfer f rom mold to strand and stress distribution in strand based on the air gap resistance between solidified shell and mold by considering the influence of the mold flux on the thermal resistance among the strand ,the flux film and the mold.The calculated strand shell thicknesses agreed well with the measured with a difference within 2mm.The heat transfer in the mold and stress distribution in the bloom at different casting speeds were obtained by using the model.It was shown that when the casting speed was increased f rom 0.7m/min to 0.9m/min ,the strand temperature became higher and the solidified shell thickness became thinner ,which increased the cracking risk near the strand corners.K ey w ords :continuous bloom casting ;mold ;heat transfer ;thermo 2mechanical deformation ;finite element method作者简介:陈　永(19692),男,博士生,教授级高级工程师; E 2m ail :chenyong880@yahoo 1com1cn ; 修订日期:2008205220 在连铸结晶器内,热2力学行为相互影响、相互作用。

《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。

板坯连铸结晶器内温度场应力场耦合分析

衣、北８ｆ
０５０１０２０２０３０３０４０４０５０５０６０６０７０５０１５０５０５５０７０００５０５０
铜板内表面沮度
铜板／保护渣保护渣坯壳／保护渣界面接触热阻导热热阻界面接触热阻（）ｂ热阻构成
铸坯外表面沮度
图１铸坯和结晶器铜板界面热阻构成示意图
界面总换热系数ｈｓ按照下式确定ｌａｂ
ｈｌ＝ｓｂａ
１
Ｒ＋Ｒ＋Ｒ１ｚ３
Ｑｈ。（Ｍｄ。一Ｔａ），ｗｅ＝ＭｄｕＴｏ一ｏ一ｔｌｕｌｔｒ其中４为结晶器铜板外表面与冷却水界面热流；Ｔａ为结晶器冷却水温度；ＭｄｗｅｔｒＴｏ－ｌｏ为铜板外表ｕｔ面温度；Ｍｄｈｏ－ｌｏｕｔ为铜板和冷却水界面的对流换热
２结晶器区域热和应力藕合模型描述２１模型总体思路．模型的计算对象包括铸坯和结晶器铜板，以二者间的界面行为（界面接触状态及与此密切相关的界面热阻）为纽带，温度场和应力场的计算相互藕合，交替进行。计算温度场时，考虑结晶器铜板中水槽结构的尺寸和分布对铸坯和铜板的温度
撇４０
ｐ叭侧对
Ａ
一
Ｂ一
３０２０１０ｃ０
Ｃ＿
一
距角部的距离，．
图２不同结晶器高度上铸坯表面温度沿横断面方向分布曲线
注：距离弯月面的距离：－０Ｂ１ｍ；２ｍ；３０；４ｍ；５ｍ；６０；Ａ；０ｍＣ－０－０ｍＤ０－０ｍＥｍ－０ｍＦ０－０ｍＧ０－０ｍｍ

方坯连铸结晶器热力耦合有限元分析

图２有限元分析模型图图１结晶器模型图作者简介：陈艳霞（１９７７－），女，助教，主要从事工程力学研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｊｐｃｙｘ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ。

收稿日期：２００７－０６－１５０引言结晶器是高效连铸机的“心脏”，其基本作用是完成液态金属结晶冷凝为固态金属过程的热量传递和交换以及铸坯基本形状的确定。

结晶器内钢水在凝结时，其内表面是在钢液的逐步冷凝状态下进行热量传入，外表面是在冷却水的环流中进行热量传出，从而实现热量传导。

故要求其应具有较好的高温强度，即在持续承受剧烈热交换的环境下，铜管不仅在常温下保持较好的强度，在２００￣３００℃的温度下，仍要保持在实现热量传导的同时不出现再结晶软化，不出现明显的塑性变形，保持良好的机械性能［１］。

１方坯连铸结晶器有限元分析１．１计算模型方坯连铸结晶器是一种典型的主要受热应力作用的换热构件，要进行安全性分析，结晶器温度场的计算是重要的前提条件。

主要针对结晶器工况进行研究。

结晶器截面尺寸为１６５ｍｍ×１６５ｍｍ，长度为８００ｍｍ，壁厚为１０ｍｍ，内圆角柱半径为５ｍｍ，外圆角柱半径为７．５ｍｍ，浇铸钢水深度为７００ｍｍ，如图１所示。

结晶器材质为紫铜，密度为８９３０ｋｇ／ｍ３，换热系数为３８３ｗ／（ｍ２・Ｋ），比热为３９０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ），性模量为１０５ＧＰａ，泊松比为０．３，热膨胀系数为１．７５×１０－５Ｋ－１。

［２］１．２有限元实施温度场分析的边界条件为方坯连铸结晶器距离顶端１００ｍｍ处，视为与大气自然对流和热辐射并存，对整体传热的影响可以忽略不计；结晶器外壁与冷却水视为强制对流换热；内壁与高温钢水视为对流换热。

由于研究过程中问题边界条件和计算几何模型形状的对称性，取结晶器模型的１／４进行计算（见图２）。

结晶器在工作时受到几种载荷的作用：一是结晶器外壁冷却水温度为３２０Ｋ，换热系数分别取８０００（８５００、９０００）（ｗ／ｍ２・Ｋ）［３］；二是结晶器内壁钢水温度为１８００Ｋ，综合换热系数为８００（ｗ／ｍ２・Ｋ）；三是结晶器外壁冷却水的压力作用，其值为１．０ＭＰａ［４］。

板坯连铸充型过程流场温度场耦合数值模拟

ＣｏｐｅｍｅｉａｉｕｌｔｏｆＦｌｗｅｄａｄＴｅｐｒｔｅｕｌｄＮｕｒｃｌＳｍａｉｎｏｏＦｉｌｎｍｅａｕｒＦｉｌｎＳａｎａｔｎｌｎｇＰｒｃｓｅｄｉｌｂＣｏｃｓｉｇＦｉｉｏｅｓｌ
ＪａｊａＣｉｉｃａＬＬｎＺａｇＺｕｎｉＣｉｉＹｎｕｎ，ｕＸａｈｏ，ｉａｇ，ｈｎｈａｄＬｕａｎｏ
（ｃｏｌｆｐｌａｉｃｎｅＴｉａｎｅｓｙｏｃｎｅａｄＴｃｎｌｙａｕｎ００２；１ＳｈｏｐｉｔｎＳｉｃ，ａｕｎＵｉｒｔｆｉｃｎｅｈｏｇ，Ｔｉａ３０４ｏＡｃｏｅｙｖｉＳｅｏｙ２Ｈｅｅｃｄｍｙｏｃｅｃｓｈｊａｈａｇ００８ｂｉＡａｅｆｉｎｅ．Ｓｉｚｕｎ５０１）Ｓｉ
晋艳娟崔小朝李朗张柱刘才
（１太原科技大学应用科学学院，太原００２；３０４２河北省科学院，家庄００８）石５０１摘要利用ＣＤ商用软件Ｆｏ－ｄ，Ｆｌｗ３对内外复合冷却结晶器内钢水充型过程流场温度场耦合作用下的
不少作者［利用流体力学分析软件对稳态１浇铸过程进行分析。本研究借鉴铸件充型过程数
值模拟技术，应用ＣＤ商用软件Ｆｏ一，Ｆｌ３对内外ｗｄ复合冷却板坯连铸非稳态充型过程结晶器内钢水，在流场温度场耦合作用下的凝固状况进行数值模拟，并与无内冷却器的钢水流动及凝固状况进行比较，而得到充型过程钢液的流动状况、从温

宽板坯连铸结晶器流场和温度场的数值模拟

ｍ／；和ｚ为方向矢量；ｓ．Ｐ为压力，ａ为有Ｐ；
效黏度系数，ａ・。ＰＳ
本文拟对水口进行优化设计。通过物理模型实验
和数学模型计算，来优化浸入式水口结构，析优分化后水口出口角度、入深度等工艺参数对结晶插器内钢液流场和温度场的影响，到适合浇铸的得水口结构尺寸和合理的工艺参数，而解决生产从
面积给出，浇铸温度为Ｔ一１５０℃。。４
（）称面。对称面上的边界条件与液面处３对
收稿日期：０８００２０ — ３１
作者简介：巧珍（９４）女，汉科技大学副教授． — ｉ：ｄｑ＠１６Ｃｒ沈１５一，武Ｅｍａｌｗｋｓｚ２．Ｏｎ
２００８年第５期
沈巧珍。：等宽板坯连铸结晶器流场和温度场的数值模拟
（）量方程：２动
１Ｄ
，
一一矗＋．十 ’
一一
动很小，故取法向速度为０湍动能及其耗散率法，
（０＋ａ）Ｐｚ）ｇｕｕ＋，，
ｄ
向导数为０。
（）２（）口边界２入
。
入口速度根据拉速及其截面
针对某钢厂宽板坯连铸机在生产中出现靠近窄边处钢液面过于平静现象，导致保护渣以块状由窄边进入结晶器，而严重影响铸坯表面质量，从

铝板坯半连续铸造充型过程三维流场与温度场耦合数值模拟

连续性方程：动量守恒方程。利用数值模拟技术对铝板坯半连续铸造过程中铝液的流动进行数值模拟，可以得到铝液在结晶
器中的流动状态、温度变化和凝固状况。
能量方程：
＋
ＯＯ。） ‘ 嚣毒＼＋．ｘｘ豢，＋（差】ＬＪ＋
体积函数方程：
—— ＋Ｈ：：０一
动与传热。描述该过程的三维非稳态不可压缩问题流动与传热的数学表达式¨２．如下：
收稿日期：０５０．１２０－８３
作者简介：晋艳娟（９９一）女，１７，在读研究生，研究方向为工程力学。
Ｏ以毒＼／＋ｔ以ｒｅ。Ｏｘ）Ｌｒ，，］ｃ（＋）ｚ－差等一ｃ
＋＝一
３忽略结晶器的振动等因素对流场的影响。）
２２计算模型的建立．
由Ｋ和可以确定
等
式中：。ｃ，，分别为经验常数，ｃ，ｃ，目前普遍
耦合作用下的凝固过程进行了数值模拟。分析了铝板坯半连续铸造充型过程中流场和温度场对凝固的影响，到了流场、得温度场的分布图和充型过程中自由表面的位置和形状图。表明合适的浇注速度可形成理想的充型模式和温度分布，免某些铸造缺陷。避关键词：连续铸造；场；半流温度场；值模拟数
维普资讯
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太
原
科
技
大
学
学

板坯结晶器内三维流场和温度场的有限元分析

的矛盾提供了一定的理论依据。
在连续铸钢过程中，晶器内流体的流动特性结
不仅关系到结晶器的传热、夹杂物的上浮，而且还与
铸坯的表面及内部质量有着非常密切的关系。同时
２数学方程和数学模型
２１模型的基本介绍．
石俊朱兴元刘运权
（汉理工大学材料科学与工程学院）武
摘要针对板坯结晶器，用有限元软件ＡＳＳ模拟计算结晶器内三维流场和温度场。采用ＡＳＳ中流场和利ＮＹＮＹ
温度场的耦合模块，主要着眼于拉坯速度对流场和温度场的影响，及影响流场和温度场合理分布的其它重要参以
ＦＩＴＥＮＩＥＬＥＭＥＮＴＡＮＡＬＹＳＩＮＳＯＴＨＥＴＨＲＥＥ．ＭＥＮＴＩＤＩｏＮＡＬＦＬｏＷＥＬＤＦＩＡＮＤＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥＥＬＤＮＦＩＩ
ＴＨＥＬＡＢＳＣＲＹＳＴＡＬＬＩＺＥＲ
ＳｉＪｎＺｕＸｉｇｕｎＬｕＹｕｑａｈｕｈｎｙａｉｎｕｎ
１
月Ｊ吾板坯连铸机的心脏，晶器将完成液态钢结水向固相转变的第一步，由于分别存在钢水进入引发的湍流流动，钢水遇冷时的凝固和传热以及熔池液面波动起伏等冶金现象。了解和认识它们之问的耦合和关联对保证连铸坯质量和工艺顺行显得非常

板坯连铸结晶器铜板温度场的数值仿真

板坯连铸结晶器铜板温度场的数值仿真冯科徐楚韶陈登福陈光碧(中冶赛迪工程技术股份有限公司炼钢室,重庆400013) (重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044)摘要针对1400mm 170mm 板坯连铸机结晶器铜板的结构优化改造,基于控制容积的有限差分方法对改造前后两种铜板结构参数和深入式水口结构参数条件下结晶器铜板的三维稳态温度场进行了数值仿真研究。

由仿真得出的结果表明,结晶器宽面铜板经优化改造后(螺栓间距由160mm 改成135mm 、冷却水槽由63条改为55条)传热效果明显增强:在拉速为1.4m min 时弯月面附近区域改造后结晶器内弧和外弧宽面热面铜板最高温度值分别比改造前结晶器降低了15 和16 。

关键词板坯连铸结晶器铜板温度场仿真Numerical Simulation of Temperature Field of Mould Copper Platefor Slab Continuous CastingFeng Ke(Departmen t of Steelmaking,CISDI Engineering Co Ltd,Chongqing 400013)Xu Chushao,Chen Dengfu and C hen Guangbi(College of M aterials Science and Engineering,Chongqing Universi ty,Chongqing 400044)Abstract In accordance with op timum revamping of structure of mould copper plats for a 1400mm X 170mm slab con caster,a numerical si mulation for 3 dimensional temperature fields of mould copper plats with two kinds of copper plate and i mmersed nozzle structure parameters before and after revamping has been studied by finite difference control volume meth od.The resul ts obtained by simulation showed that the heat transfer effects of copper plate for wide face of mould obviously increased by optimum revamping with bolts gap modified from 160mm to 135mm and cooling water channel number modified from 65to 55,with costi ng speed 1.4m min,at region nearby meniscus,the waximum temperature of inner and out curved wide face copper plate of mould after revamping respeetively decreased by 15 and 16 as compared with that of mould before revamping.M aterial Index Slab Continuous Casting,Mould Copper Plate,Temperature Field,Si mulation作为一次冷却区,结晶器是板坯连铸机中一个关键性的传热区域,钢液的凝固潜热及显热大部分散失在该区域,且随着以高拉速为核心的高效连铸技术的不断发展,结晶器的工作环境更加恶劣。