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］。
Q345大方坯连铸过程表面温度变化的数值模拟
图１结晶器出口铸坯断面温度场图２二冷段出口铸坯断面温度场圈３一矫点铸坯断面温度场图４切割点铸坯断面温度场段出口两者相同。
３一套攀翘芸描搿１．ｏ倍、１．２倍、１．４倍的工况条仟珀月、里一……Q345大方坯连铸过程表面温度变化的数值模拟作者：丁秀青， 李大鹏， 李宏， 张炯明， 王恭亮， 梁玫作者单位：丁秀青,李大鹏,李宏(北京科技大学,冶金与生态工程学院,北京100083)， 张炯明(北京科技大学,冶金与生态工程学院,北京,100083)， 王恭亮,梁玫(石家庄钢铁有限公司,河北,石家庄,050031)刊名：炼钢英文刊名：STEELMAKING年，卷(期)：2009,25(5)1.姜立东,李建军.包钢大方坯连铸机结晶器凝固传热的数值模拟[J].包头钢铁学院学报,2000,(2):134-137.2.张炯明,张立,杨会涛,等.板坯结晶器钢水凝固的数值模拟[J].北京科技大学学报,2004,(2):130-134.3.贾洪明,李惊鸿,李晓伟,等.厚板坯连铸凝固过程数值模拟[J].炼钢,2007,23(2):27-30.4.蔡开科,程士富.连续铸钢原理与工艺(第一版)[M].北京:冶金工业出版社,1994.5.王恩刚,杨泽宽,陈海耿,等.结晶器内连铸坯凝固过程的有限无数值模拟[J].东北大学学报,1996,17(4):384-387.6.李峰,张炯明.板坯动态二冷配水系统的开发与应用[J].中国冶金,2008,18(3):11-13.7.曹广畴.现代板坯连铸[M].北京:冶金工业出版社,1994.8.刘青,田乃媛,王英群,等.矩形坯连铸凝固传热的数学模型[J].钢铁,1997,32(2):28-32.9.Louhenkilpi S,Laitinen E,Niemincn R.Real-time simulation of heat transfer in continuouscasting[J].Metallurgical Transactions B,1993,24(4):685-691.10.E A Mizikar.Mathematical heat transfer model for solidification of continuously cast steelslabs[J].Trans.TMSAIME,1967,239:1747-1753.本文链接：/Periodical_lg200905012.aspx。
连铸凝固传热过程的数值模拟
收稿日期:2001201215; 修订日期:2004203214作者简介:李东辉(19682 ),女,辽宁沈阳人,讲师,博士.研究方向:连铸过程机控制系统.Em ail :annie6821@连铸凝固传热过程的数值模拟李东辉1,2,邱以清1,刘相华1,王国栋1(1.东北大学轧制技术与连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004;2.沈阳工业学院,辽宁沈阳110045)摘要:研究和开发了连铸凝固传热过程数值模拟程序,并以生产厂的铸坯为研究对象,计算了铸坯断面温度分布和凝固壳厚度,该模型考虑了结晶器表面散热的不均匀性,处理了凝固时相变所产生的结晶潜热,将计算出的断面温度、坯壳厚度等数据与生产实验测得的数据相比较,吻合性很好。
他可用来优化连铸工艺参数,是进一步开发在线控制模型的基础。
关键词:连铸;数值模拟;热传输;数学模型中图分类号:TG249.7 文献标识码:A 文章编号:100028365(2004)0720529202Numerical Simulation of Continuous C asting during Solidif ication and H eart 2transferring ProcessL I Dong 2hui 1,2,Q IU Y i 2qing 1,L IU Xiang 2hua 1,WAN G Guo 2dong 1(1.The State K ey Laboratory of Rolling and Automation of Northeastern University ,Shenyang 110004,China ;2.Shenyang Institute of Technology ,Shenyang 110045,China )Abstract :A solidification and heat transferring process of continuous casting has researched and developed.It is applied to calculate the temperature distribution and solid shell thickness in a steel plant.Uneven elimination of heat in the mould surface is considered.The model includes variable thermal constant and freezing latent heat generated by phase changes during solidification.The thermal profile and solid shell thickness calculated by mathematical model agree with those get by experimental measurements.The model could also be used to predict the optimum process parameters in continuous casting ,and it could be a base of the development of on 2line control models.K ey w ords :Continuous casting ;Numerical simulation ;Heat 2transferring process ;Mathematical model 连铸过程中铸坯的温度分布对于产品品质、产量是非常重要的,铸坯各种缺陷的形成,通常与不合理的温度分布有关。
连铸二冷控制
40000 35000 30000
Abaqus VCast
温度(℃)
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 10 20 30 40 50 60 时间(s) 70
温度(℃)
25000 20000 15000 10000
A
5000
B
80
90 100
铸 坯 表 面 点 温 度 梯 度
350 300 250 200
铸坯厚度方向温度梯度 铸坯宽度方向温度梯度 铸坯拉坯方向温度梯度
温度梯度(℃/cm)
150 100 50 0 -50
-100 -150 -200 0 5 10 20 到弯月面距离(m) 15 25 30
（4）大方坯连铸机辊列分布
大方坯辊列分布图
报告内容
1. 绪论 2. 连铸二冷三维稳态温度场数学模型 及计算方法 3. 连铸三维温度场数值模拟 4. 连铸二冷动态控制模拟仿真 5. 结论
（1）三维空间坐标系的建立
y x
1. 取整个铸坯为计算区域：
z
2. 可取 ¼ 铸坯为计算区域：
（2）模型基本假设
由于拉坯速度远大于拉坯方向的导热速度， 故忽略铸坯拉坯方向的导热； 忽略由于凝固冷却收缩引起的铸坯尺寸变化； 假设钢液的对流传热可用等效增强导热系数 处理； 对固定坐标系而言，假设在拉坯速度稳定的 情况下铸坯处于任一空间位置的温度不随时 间变化，即连铸凝固传热为稳态传热过程。
铸坯尺寸280×380 铸坯尺寸280×325
二冷区 结晶器
5 10
空冷区
15 到弯月面距离(m) 20 25
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 0
铸造过程数值模拟综合实验说明书
铸造过程数值模拟综合实验前言一、铸造过程数值模拟的来源、内容和意义为了生产出合格的铸件，就要对影响其形成的因素进行有效的控制。
铸件的形成主要经历了充型和凝固两个阶段，宏观上主要涉及到液态金属充型流动、金属凝固和冷却收缩、高温金属冷却和收缩3种物理现象。
在充型过程中，流场、温度场和浓度场同时变化，凝固时伴随着温度场的变化的同时存在着枝晶间对流和收缩现象；收缩则导致应力场的变化。
与流动相关的主要缺陷有：浇不足、冷隔、气孔、夹渣；充型中形成的温度场分布直接关系到后续的凝固冷却过程；充型中形成的浓度场分布与后续的冷却凝固形成的偏析和组织不均匀有关。
凝固过程的温度场变化及收缩是导致缩孔缩松的主要原因，枝晶间对流和枝晶收缩是微观缩松的直接原因，热裂冷裂的形成归因于应力场的变化。
可见，客观地反映不同阶段的场的变化，并加以有效的控制，是获得合格铸件的充要条件。
传统的铸件生产因其不同于冷加工的特殊性，只能对铸件的形成过程进行粗糙的基于经验和一般理论基础上的控制，形成的控制系统——铸造工艺的局限性表现在：1）只是定性分析；2）要反复试制才能确定工艺。
铸造过程数值模拟的目的就是要对铸件形成过程各个阶段的场的变化进行数值解析以获得合理的铸件形成的控制参数，其内容主要包括温度场、流场、浓度场、应力场等的计算模拟。
二、铸造过程数值模拟原理铸造过程数值模拟技术的实质是对铸件成型系统（包括铸件—型芯—铸型等）进行几何上的有限离散，在物理模型的支持下，通过数值计算来分析铸造过程有关物理场的变化特点，并结合铸造缺陷的形成判据来预测铸件质量。
数值解法的一般步骤是：1）汇集给定问题的单值性条件，即研究对象的几何条件、物理条件、初始条件和边界条件等。
2）将物理过程所涉及的区域在空间上和时间上进行离散化处理。
3）建立内部节点（或单元）和边界节点（或单元）的数值方程。
4）选用适当的计算方法求解线性代数方程组。
5）编程计算。
其中，核心部分是数值方程的建立。
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・ 。 Ｐ Ｓ
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 一１５ ０℃。 。 ４
（ ） 称 面 。对 称 面上 的 边 界 条件 与液 面 处 ３对
收 稿 日期 ： ０ ８０ ０ ２ ０ — ３１
作者 简 介 ： 巧 珍 （ ９ ４）女 ， 汉 科技 大学 副 教 授 ． — ｉ： ｄｑ＠ １ ６ Ｃｒ 沈 １ ５一 ， 武 Ｅ ｍａｌｗｋ ｓｚ ２ ．Ｏ ｎ
２０ ０ ８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
１ Ｄ
，
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） Ｐ ｚ ） ｇ ｕ ｕ ＋ ， ，
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
宽厚板连铸过程温度场数值模拟
影响， 必须很 好地 加 以控制 ．为 了尽 可 能地 减 少铸
坯 内部缺 陷 ， 在二 冷 区对铸 坯 进 行 均 匀 而有 效 的 冷
ＤＯ ＮＧ ａ ｇ Ｆ ｎ ，Ｗ Ａ ＮＧ ｈ ｎ — ｎ ，Ｌ ｉｎ ｃ ａ ，ＣＨＥ ａ — ｕ Ｚ ａ ｇｌ ｇ ＩＪａ —ｈ ｏ ｉ Ｎ Ｘｉｏ ｈ ｉ （ ｔ ｉ ｎ ｅａ ｕｇ ｈｏ， ｎｅ ｏ ｇｌ ｎ ｅｓ ｆ ｃ ｎｅａｄＴ ｃｎｌｇ ， ａｔ １０ ０ Ｃ ｉａ Ｍａ ｒ ｌ ｄＭ ｔ ｌｒ Ｓ ｏｌ ＩｎｒＭ ｎｏ ａＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｙ Ｂ ｏ ｕ０ ４ １ ， ｈ ） ｅ ａａ ｌ ｙｃ ｉ ｖ ｉ ｙ Ｓｅ ｏ ｏ ｎ
２１ ０２年 ３月 第 ３ 卷第 １期 １
内 蒙 古 科 技 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｒＭｏ ｇ ｌ ｉ ｅｓｔ ｆＳ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＩ ｅ ｎ ｏｉ Ｕｎ ｖ ｒｉ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ ａ ｙ
Ｍ ａｃ ２ ２ ｒ ｈ， ０１
Ｖｏ ． １ Ｎｏ １ １ ， ． ３
文章 编 号 ：０ ５— ２５ ２ １ ） １ ０ ４— ５ ２９ ２ ９ （０ ２ Ｏ —０ １ ０
宽厚 板 连 铸 过 程 温 度场 数值 模 拟
董 方， 王章岭 ， 李建超 ， 陈晓辉
（ 内蒙古科技大学 材料与冶金学院 ， 内蒙古 包头 ０４ １ ） １００
本 文通过 利用 Ａ Ｓ Ｓ软件 采 用 运 动 坐标 系 的 ＮＹ 二维切 片法 ， 拟计 算 了宽厚 板 连铸 过 程 的温 度 ３模 Ｊ 场和应 力应变 状态 分 布 ， 分析 了连铸 过 程 中板 坯 的 几 个关 键部位 温度 变化 和应 力应 变 状 况 ， 实 际生 为 产 中铸 坯在进 人矫直 段避免 高温 脆性 区提供 参考 依
Q345D大方坯连铸过程数值模拟
Q345D大方坯连铸过程数值模拟甄成国;麻永林;许建飞;陈重毅【摘要】以Q345D大方坯为研究对象,采用二维传热模型对铸坯进行温度场计算.计算了不同拉速、过热度和二冷水量下铸坯温度分布和坯壳生长情况,分析了拉速、过热度和水量对铸坯的温度分布和坯壳生长的影响.得到了不同工艺下,铸坯温度分布规律和凝固坯壳生长规律,为实际生产提供一定的指导.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2015(034)002【总页数】6页(P193-198)【关键词】大方坯;拉速;过热度;二冷水量【作者】甄成国;麻永林;许建飞;陈重毅【作者单位】内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】TG777.2在连铸过程中，铸坯表面温度和凝固坯壳的生长对铸坯内部缺陷有着重要影响[1-3].鉴于连铸过程的复杂性，试验手段有很大的局限性，钢水的凝固过程难以观察和进行试验操作[4].所以采用先进的计算机数值模拟技术对连铸坯的凝固传热进行研究，充分认识连铸坯的凝固传热过程.定量分析热量在连铸过程中的传递, 迅速找出影响连铸坯凝固过程因素，对控制和改善铸坯内部组织结构和质量, 实现生产过程的动态控制有着重要意义.采用商业有限元软件ANSYS，建立Q345D钢大方坯连铸过程凝固传热模型，分析连铸过程中拉速、过热度、二冷区喷水量对连铸坯凝固过程的影响以及钢水在整个凝固过程坯壳出口温度及厚度的变化规律，对于连铸工艺的制定和改进具有一定的指导意义.1.1 几何模型建立连铸坯截面尺寸，宽380 mm，厚280 mm，高为结晶器长度900 mm.本文根据传热学原理，采用运动坐标系的二维切片法，简化为二分之一的计算模型，如图1所示.计算模型采用二维平面单元plane55进行计算，模型离散后，节点数为2 091，四边形单元数为2 000.1.2 模型假设和微分方程的建立由于连铸过程凝固传热十分复杂，为使问题简化，建立连铸坯凝固二维传热数学模型，并作如下基本假设：(1)连铸过程中，沿拉坯方向的传热是次要的，其散热量约占总散热量的3%～6%[5]，为简化计算模型，忽略拉坯方向的传热，只考虑截面方向散热，将凝固传热简化为二维非稳态问题.(2)钢的热物性参数仅与温度有关.比热容、热焓和导热系数是温度的函数，与空间位置无关，各相区的密度视为常数.(3)凝固过程中释放的潜热，采用等效比热法处理，转化为液固两相区并体现在传热方程中.(4)连铸机二冷区内喷水面积上水量分布均匀，铸坯表面冷却均匀，忽略铸坯与辊子之间的接触传热和铸坯表面的辐射传热.根据假设，铸坯凝固二维非稳态传热模型为：式中，ρ为钢的密度，kg·m-3；C为钢的比热，J·(kg·℃)-1；T为铸坯温度℃；t为时间，s；S为凝固潜热，j·g-1；λ为钢坯的导热系数，W·(m·℃)-1.1.3 初始条件及边界条件的确定1.3.1 初始条件连铸过程属于非稳态传热，假定结晶器弯月面处温度分布均匀，即弯月面处初始温度即为浇注温度：T=T浇，(0≤x≤W/2，0≤y≤D， t= 0)式中，W为铸坯的宽，D为铸坯的厚度.1.3.2 边界条件(1)根据热平衡原理：结晶器传出热量等于冷却水带走热量，按照热流密度计算.结晶器内施加第二类边界条件：式中，qx和qy分别是两个边上的热流密度.(2)二冷区传热二冷区铸坯表面热量的传递方式为喷淋水与铸坯表面的对流传热，铸坯表面向空气中的辐射传热，空气与铸坯之间的对流传热，支撑辊与铸坯之间的接触传热，喷淋水滴的蒸发传热以及水滴沿内弧表面浸渍而带走的热量. 在设备和工艺条件一定时, 铸坯辐射传热和支撑辊传导传热变化不大, 而喷淋水的传热占主导地位.因此二冷区中主要为喷淋水与铸坯间的传热，故按第三类边界条件确定：|г=h(T-Ts)|г式中，h为二冷区的综合换热系数.由于冷却区长度、喷水量不同，换热系数h的值也不同.在工厂生产条件下测定二冷区传热系数很困难，因此一般是在实验室使用热模拟装置测定得到喷雾水滴与高温铸坯的综合传热系数.(3)空冷辐射区出二冷区以后，铸坯在空气中冷却，热量主要以辐射方式散出，铸坯内外温度很快趋于均匀，随后逐渐降低.因此在此区域内，铸坯表面在空气中冷却时，除了自然对流外，主要靠辐射向外散热.其热流密度公式采用斯梯芬-玻尔兹曼四次方定律表示为：q=εσ[(Tb+273)4-(Ta+273)4]式中，铸坯的黑度系数，一般取0.7～0.8；σ为波尔兹曼常数，σ=5.67×10-8W/(m2·K4)；为铸坯表面温度，℃；Ta为周围介质温度(空气温度)，℃.热物性参数主要包括: 导热系数、比热、密度、凝固潜热、液相线和固相线温度等. 要得到更加准确的计算结果，钢的热物性参数至关重要.热物性参数可通过实验测定和经验公式计算获得，热物性参数通常是温度的函数，计算模型可将热物性参数函数曲线根据温度分段设置.2.1 液固相线确定钢的液固相线温度取决于其化学成分，可根据经验公式[6]计算获得.Q345D钢化学成分如表1所示.液相线：TL=1 536-90(%C)-6.2(%Si)-1.7(%Mn)-28(%P)-40(%S)-2.9(%Ni)-1.8(%Cr)-5.1(%Al)=1 515 ℃固相线：TS= 1 536-415.3(%C)-12.3(%Si)-6.8(%Mn)-124.5(%P)-183.9(%S)-4.3(%Ni)-1.4(%Cr)-4.1(%Al) =1 450 ℃2.2 密度和过热度一般认为钢的密度受温度的影响不显著，在各相区变化不大，为简便起见，可作为常数处理：ρs=7 600 kg/m3 ，ρs1=7 400 kg/m3，ρ1=7 200 kg/m3.钢水过热度受钢种、钢包和中间包的热状态、铸坯断面、钢水纯洁度等因素的影响, 降低浇铸过程的钢水过热度是扩大铸坯等轴晶区最有效的手段.但是过低的浇铸温度会使水口冻结, 且在实际生产中钢水过热度受钢厂生产条件的制约. 因此, 一般要求控制中间包钢水过热度在20～30 ℃[7]，计算中钢水过热度取30 ℃，因此进入结晶器时钢水温度为1 545 ℃.2.3 凝固潜热和导热系数连铸坯在凝固过程会释放大量的潜热，凝固潜热Lf是高温金属液从液相线温度降到固相线温度所释放的能量，其处理方式对计算结果有较大影响，一般将它处理为固液两相区的等效比热或是热焓的一部分.利用混合定律可以计算 Q345D的凝固潜热，而Q345D中各元素的潜热值可由金属材料物理性能手册[8]查得，如表2所示.经计算Q345D潜热值为282.04j/g. 混合定律：L=φ1x1+φ2x2+φ3x3+…φixi其中φ1+φ2+φ3+…φi=1 ，xi是元素i的潜热值L见表2φi为元素i的体积百分率，见表1.连铸坯的导热系数一般和钢种温度相关，固相区导热系数一般是常数或是温度的一次线性函数，液相区高温金属液会发生强制对流，有助于钢水过热度的消除，一般为固相区的m(方坯为1～ 4，板坯为4～7)倍，两相区，树枝晶的生长削弱了钢水的对流传热，其大小位于两相区之间.连铸坯的固相区导热系数为K(T)=18.4+9.6×10-3T.液相区导热系数Kl=m Ks (m取4)；液固相两相区 Ksl=Ks(1+m)/2.2.4 比热和热焓ANSYS软件需要将凝固潜热转化为随温度变化的热焓形式.根据等效比热法的基本思想，将凝固潜热折算成等效比热，并近似地认为凝固潜热在凝固温度区间内是平均释放的.即可将固相区、液相区以及固液两相区比热表示为[8]：C=CL；T>TL；Ts≤T≤TLC= Cs；T<Ts而一定温度区间的热焓可以表示为一个基准温度下的热焓和基准温度外温度区间的热焓之和代入各点随温度变化的比热、密度，可得各点的热焓值：3.1 拉坯速度对凝固过程的影响图2为整个连铸过程中不同拉速下铸坯不同位置温度变化曲线.由图中曲线可以看出，在连铸过程中，由中间包水口流出的钢水进入结晶器中，由于铜壁和循环水的冷却作用而瞬间凝固形成初生坯壳.因为角部存在双向散热作用，使得开始阶段角部比坯壳的其它部位降温快.随后由于铸坯的凝固作用，体积收缩使得坯壳和结晶器壁之间形成一定的气隙，由中心部位向角部气隙逐渐增大.气隙的产生使得角部温度降温变缓并逐渐高于坯壳表面中心温度，并一直保持到出结晶器.当连铸坯出结晶器后，开始受到二冷区喷水冷却，但是由于其冷却强度小于结晶器，使得铸坯表面出现温度回升的现象.当温度回升一定程度后，随着冷却的进行，铸坯还会继续降温，且角部温度开始低于铸坯表面中心温度.当连铸坯进空冷段时，由于空冷段进行辐射散热，铸坯的角部和表面中心温度都会有一定程度的回温.对于铸坯心部，由于两相区凝固潜热的释放，铸坯温度降温平缓，而当潜热值释放结束后，心部温度会瞬间迅速降低.由图中曲线还可以看出，在其它条件一定时，拉速对连铸坯的温度场和凝固过程有重要的影响.随着拉坯速度的增大.在结晶器出口处，结晶器表面中心温度逐渐增大，拉速由0.6 m/min增大到0.75 m/min时，结晶器表面中心温度由996.1 ℃增大到1 085.7 ℃.图3为不同拉速下连铸过程中铸坯厚度生长曲线.由图中曲线可以看出，拉速由0.6 m/min增大到0.75 m/min时，坯壳厚度从18.4 mm降至15.11 mm.出结晶器坯壳厚度减薄了3.29 mm，凝固末端长度由18.42 m增加到了24.35 m，长度增加了5.93 m.即：拉速每提高0.1 m/min，出结晶器表面温度提高约58.4 ℃，出结晶器凝固坯壳厚度降低了约2.2 mm，进入二冷区的回温幅度降低了约26.85 ℃，凝固末端长度增加约3.96 m.随着拉速提高，二冷区的凝固坯壳厚度增长缓慢.但是随着拉速的增加，空冷区末端凝固坯壳厚度迅速生长.因此拉速的改变主要影响连铸过程空冷区末端的坯壳厚度，分析原因主要是连铸坯由于液芯凝固潜热的释放，造成坯壳表面温度降低的速率变缓.从而坯壳的生长速率也相应变缓，但是在空冷区末端由于潜热释放结束，导致坯壳生长的阻力消失，坯壳迅速生长，即拉速提高.空冷区末端坯壳生长速率加快，拉速由0.6 m/min提高到0.7 m/min，空冷区凝固末端，坯壳的生长速率由0.56 mm/s增大到1.2 mm/s，拉速提高0.1 m/min，空冷区末端凝固坯壳生长速率增加了约0.6 mm/s，这种快速增长对于连铸坯心部质量影响很大.在实际中，适当提高拉速，有助于减小出结晶器表面温度回升，降低坯壳由于温度回升时产生的热应力，但同时也要保证出结晶器时凝固坯壳的厚度，防止拉漏现象.3.2 过热度对凝固过程的影响图4，5分别为以0.7 m/min拉速时，过热度分别为20，30和40 ℃时整个连铸过程连铸坯温度场变化和坯壳厚度变化情况.整个过程温度场变化和前面所述相同.由图4，5曲线可以看出，过热度由20 ℃增加至40 ℃时，出结晶器表面温度由1 046.08 ℃增加至1 071.72 ℃，表面温度增加了25.64 ℃；凝固坯壳厚度从16.35 mm减少至15.54 mm，坯壳厚度减少了0.81 mm；回温幅度由128.82 ℃减少至119.03 ℃，回温幅度降低了9.79 ℃，即钢水过热度越高回温幅度越少；凝固末端长度由22 m变为22.71 m，末端长度增加了0.71 m.通常在保证正常浇铸条件下，尽可能采用较低的过热度，保证凝固坯壳厚度，防止铸坯鼓肚和发生漏钢事故，并尽可能的提高生产效率.3.3 二冷区水量对凝固过程的影响在保证拉速和过热度相同的条件下，二冷区水量对连铸坯温度场变化和凝固坯壳厚度变化如图6和图7所示.由图中曲线可以看出，随着二冷区水量减少，铸坯角部和表面中心温度都会升高，而对于凝固坯壳而言，凝固坯壳完全凝固所用时间也会随着二冷区水量的减少逐渐增加.当二冷区水量减少15%时，出结晶器后回温幅度由124 ℃增加至159.61 ℃，增加了35.61 ℃；水量减少15%时凝固末端长度也由原来的22.35 m增加至23.29 m，增加了0.94 m.可见喷水量对二冷区影响很大，但是当水量由10%增加至15%，凝固坯壳厚度却变化很小，且当水量减少至10%之后，水量变化的影响不太明显.(1)连铸过程中随拉速增加，坯壳表面中心和角部出结晶器温度都有所增加，出结晶器坯壳厚度降低，进入二冷区回温幅度降低，凝固末端长度增加；随拉速增加，凝固坯壳的生长速率由0.56 mm/s增大到1.2 mm/s，拉速提高0.1 m/min，空冷区末端凝固坯壳生长速率增加了约0.6 mm/s.(2) 连铸过程中随过热度增加，出结晶器表面温度增加；坯壳厚度减少；二冷区回温幅度降低.(3)连铸过程中随二冷区水量减少，出结晶器二冷区回温幅度增加，水量减少凝固末端长度增加，水量减少15%时凝固末端长度增加了0.94 m.(4)结合拉速、过热度、二冷喷水量对铸坯凝固过程的影响，为保证连铸机生产效率，并保证出结晶器凝固坯壳的厚度，防止铸坯发生鼓肚和漏钢事故，在生产中可以选择连铸坯拉速为0.7 m/min，过热度30 ℃，二冷区正常喷水量.【相关文献】[1] 孙蓟泉.连铸及连轧工艺过程中的传热分析[M].北京:冶金工业出版社，2010：74-75.[2] Brimacombe J K，Weinberg F，Hawbolt B.Formation of longitudinal midface cracks in continuously-cast slabs[J].Metall Trans B,1979,10B(2):279-292.[3] Brimacombe J K. Design of continuous casting machines based on a heat-flow analysis: state of the art review[J]. Canadian Metallurhical,1976,15(2):163-175.[4] 邢淑清，白亮，麻永林，等.316不锈钢板坯连铸结晶器内坯壳厚度模拟[J].铸造技术，2010，31(7):910-913.[5] 郑忠，胡燕.连铸坯凝固传热过程的数学模型分析[J].重庆大学学报，2006，29(10):100-104.[6] 范佳，梅元槟，李建文，等.邯钢三炼钢小方坯连铸机结晶器凝固传热过程的数学模型开发[A].河北省2011年炼钢连铸生产技术与学术交流会论文集[C].出版地，2011:333-339.[7] 蔡开科，程士富.连续铸钢原理与工艺[M]. 北京:冶金工业出版社,1994：25-32.[8] 李立碑，孙玉福.金属材料物理性能手册[M].北京:机械工业出版社，2011：505-510.[9] 王宏明，李桂荣.连铸板坯凝固的传热模型[J].特殊钢，2003，24(4):5-8.。
大板坯堆垛过程温度场数值模拟
大板坯堆垛过程温度场数值模拟针对某炼钢厂的大板坯尺寸以及堆垛情况，建立了大板坯堆垛冷却过程的二维温度场模型，采用有限元法对其进行了求解，得出堆垛冷却过程中各块板坯温度的变化规律，可以应用于板坯在连铸-热轧区段的衔接和匹配的研究。
研究表明：堆垛冷却的前期，堆垛的中间区域是高温区，随着冷却继续，高温区逐渐向下移动；降温最快的是顶部板坯，其次是中间板坯，底部区域的板坯降温最慢，堆垛冷却的降温速度为从16.0℃/h～22.7℃/h。
标签：大板坯；堆垛冷却；温度场；有限元法；连铸-热轧区段Mathematical Simulation of the Temperature Field of Continuous Casting Slab during Stack CoolingFan Jia，Sun Yu-hu，Li Jian-wen，Lu Dian-hua，Li Yu-pan（HeBei Iron and Steel Company Limited HanDan Branch，HanDan 056015）【Abstract】Based on the slab size in one steel mill with its stack condition，a two-dimension temperature field model in the course of slab stack cooling was established and according to the finite-element method，it was solved. The temperature change rule of every slab during stack cooling was obtained. It can be used in the research of end-to-end and match in CC-HR region. The research shown that：in the prophase of stack cooling，the intermediate region of stack is high temperature region. Along with the cooling continues，the high temperature region moved downward. The cooling fasted region was the top slab followed by intermediate slab. The slab of bottom area was cooling slowest. The cooling rate of slab during stack cooling is 16.0℃/h～22.7℃/h.【Key Words】slab，stack cooling；temperature field；finite-element method；CC-HR region引言：在连铸-热轧区段，将切割后的板坯下线并放置空气中堆垛冷却是生产流程中常用的铸坯冷却和管理方式。
连铸方坯直轧温度场数值模拟的研究现状
连铸方坯直轧温度场数值模拟的研究现状本文主要介绍了连铸方坯直轧温度场数值模拟的研究现状。
首先介绍了直轧工艺及其对温度场的影响，然后介绍了温度场数值模拟的方法和模型，包括有限元方法、有限体积法和有限差分法等。
接着介绍了现有的温度场数值模拟研究的主要成果和应用情况，包括直轧温度场分布规律、直轧过程中的温度变化和温度传递规律等。
最后，对未来的研究方向和发展趋势进行了展望，包括模型的改进和优化、实验验证和应用拓展等。
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