马钢大圆坯连铸结晶器内钢水流动与凝固过程的数学模拟.pdf

第卷第期鞍山科技大学学报．．年月．马钢大圆坯连铸结晶器内钢水流动与凝固过程的数学模拟骆小刚吴耀光彭世恒仇圣桃张建平．马鞍钢铁股份有限公司安徽马鞍山；．北京钢铁研究总院北京摘要：建立了大圆坯连铸过程中结晶器内钢水流动、传热及凝固过程的数学模型对马钢车轮轮箍钢连铸过程中钢水宏观凝固过程进行数值模拟分析数值模拟的结果与射钉试验和铸坯表面温度测定的结果很相近说明该模型具有很高的可靠性与准确性对连铸工艺有很大的指导作用。关键词：圆坯；连铸；数学模拟；凝固；结晶器中图分类号：文献标识码：文章编号：——．由于物理模拟研究具有局限性尤其是模拟高温冶金过程同时测试成本高昂和生产现场条件的限制也使得直接试验研究不能广泛使用。近年来随着科技的发展计算机软硬件购置费用大幅下降计算能力大幅提升而各种商业模拟软件的功能也迅速增强这些因素使得数值模拟方法得到广泛应用成为人们研究钢连铸过程的重要工具一。随着铁道部门大规模提高列车运行速度对承载单元车轮和轮箍的质量也提出了更高要求。车轮轮箍钢连铸坯的质量是影响最终产品使用性能的主要因素之一。为了控制连铸坯质量应该对车轮轮箍钢连铸过程中钢水的流动、传热与凝固过程进行研究以便确定合理的生产制度。本文用数值模拟的方法分析了马钢一钢厂车轮轮箍钢连铸过程中结晶器内钢水宏观凝固过程并将数值模拟的结果与实测值比较以验证数学模型的准确性。数学模型的建立及数值计算方法．数学模型基于大圆坯连铸过程的特点在给出控制结晶器内钢水流动、传热与凝固过程的基本方程前首先作如下假设：传输过程为三维稳态过程钢液为不可压缩的牛顿流体；钢液和固态铸坯的物性参数如比热、密度和导热系数等为常数；忽略钢液面的波动；忽略铸坯运动过程中的变形不考虑铸坯凝固收缩引起的流动；采用低雷诺数模型处理传输过程的湍流问题；相变过程出现的二相区的处理方法是通过在方程中添加类似达西定律的源项。连续性方程动量方程一一一一丁