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D01:10.13374j-issn1001t53x.2011.08.014 第33卷第3期 北京科技大学学报 Vol 33 No 3 2011年3月 Journal of Un iversity of Science and Technology Beijng Mar.2011 基于MLE法模拟结晶器中大方坯温度场、应力场及 流场 何庆文12网 王福明)王金龙18)夏云进 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)莱芜钢铁股份有限公司特殊钢厂，莱芜271104 3)北京科技大学生态与循环治金教育部重点实验室，北京100083 区通信作者，Email bhow@126cm 摘要应用混合Langrangian和Eulerian法(MLE)实现了结晶器中GCl5钢大方坯温度场、应力场及流场的动态模拟，模拟 结果与实际生产铸坯吻合·铸坯坯壳角部的温度高于中部，铸坯表面从上到下的温度总体呈下降趋势，且等温区间与流场变 化具有一定的相似性.铸坯坯壳中部厚度约为17.5mm,角部厚度约为13.2mm:凝固坯壳内的应力主要是热应力.坯壳出结 晶器时，坯壳外表面处于压缩状态，凝固前沿为完全拉伸状态，·有效应变从铸坯外表面到凝固前沿逐渐增大·钢液在前进过 程中不断扩张，流速不断降低，当流股到达一定深度后，形成左右对称向上的两个回流，和一对由凝固面一侧向下而由中心向 上流动的回流区· 关键词连铸：结晶器：大方坯：凝固；计算机模拟 分类号T℉701.3 Sim ulation of the tem perature,stress and flow distribution of a bloom in the mold based on a M iLE m ethod HE Qing wen,WANG Fum ing )WANG Jin-ing )XIA Yunjn3) 1)School ofMetallugical and Ecobgical Engneering University of Science and Technology Beijing Beijing 100083 China 2)Special Steel Plant Laiwu Imon SteelCo Lid,Lawwu 271104.China 3)Key Lab of the M nistry of Education of China for Ecologic&Reeycle Metallgy Beijing 100083 China ☒Coresponding author Email4中hnm@l26cam ABSTRACT The temperature stress and fow distribution of a blo in GCrl5 steel were smulated based on a m ixed Lagrangian- Eulerian method and the smulated results are consistent w ith practical blooms The comer temperature of the bloon shell is higher than the m iddle parts The tendency of the bloomn surface temperature fram top to botton decreases gradually Moreover the isothemal zones are si ilar to the change of flow fiels The m iddle thickness of the casting bloom shell is about 17.5mm.and the comer thick- ness is about 13.2mm.The stress in the solidification shell is mainly themal stress W hen the shell is just out of the mold the outer surface is in a compression state while the front of solidification is n a completely tensile state The effective strain increases from the outer surface to the front step by step The liquid steel expands and its velcity decreases gradually in the progress W hen the flow ar rives to a certain depth there are wo symmetric upward backflws and a backflow area is fomed by the sie of face solid ification down- wand and the centre upward KEY WORDS continuous casting mols blooms solidlification:computer smulation 连铸是一个包含了流动、传热和凝固等现象在 纹、偏析等表面和内部质量密切相关山，连铸坯凝 内的综合过程，在板坯连铸过程中结晶器内凝固、热 固传热过程及其热变形过程是一个动态的相互作用 传输和坯壳应力状态是非常复杂的，它们与铸坯裂 过程：一方面，气隙的形成改变了坯壳表面的传热条 收稿日期：2010-03-24 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。50874007):北京市教育委员会共建资助项目第 33卷 第 3期 2011年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．33Ｎｏ．3 Ｍａｒ．2011 基于 ＭｉＬＥ法模拟结晶器中大方坯温度场、应力场及 流场 何庆文 12） 王福明 13） 王金龙 13） 夏云进 13） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京 100083 2） 莱芜钢铁股份有限公司特殊钢厂莱芜 271104 3） 北京科技大学生态与循环冶金教育部重点实验室北京 100083 通信作者Ｅ-ｍａｉｌ：ｌｇｈｑｗ＠126．ｃｏｍ 摘 要 应用混合 Ｌａｎｇｒａｎｇｉａｎ和 Ｅｕｌｅｒｉａｎ法 （ＭｉＬＥ）实现了结晶器中 ＧＣｒ15钢大方坯温度场、应力场及流场的动态模拟模拟 结果与实际生产铸坯吻合．铸坯坯壳角部的温度高于中部铸坯表面从上到下的温度总体呈下降趋势且等温区间与流场变 化具有一定的相似性．铸坯坯壳中部厚度约为 17∙5ｍｍ角部厚度约为 13∙2ｍｍ．凝固坯壳内的应力主要是热应力．坯壳出结 晶器时坯壳外表面处于压缩状态凝固前沿为完全拉伸状态．有效应变从铸坯外表面到凝固前沿逐渐增大．钢液在前进过 程中不断扩张流速不断降低当流股到达一定深度后形成左右对称向上的两个回流和一对由凝固面一侧向下而由中心向 上流动的回流区． 关键词 连铸；结晶器；大方坯；凝固；计算机模拟 分类号 ＴＦ701∙3 Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｆｌｏｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｂｌｏｏｍ ｉｎｔｈｅ ｍｏｌｄｂａｓｅｄｏｎａＭｉＬＥｍｅｔｈｏｄ ＨＥＱｉｎｇ-ｗｅｎ 12） ＷＡＮＧＦｕ-ｍｉｎｇ 13）ＷＡＮＧＪｉｎ-ｌｏｎｇ 13）ＸＩＡＹｕｎ-ｊｉｎ 13） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ 2） ＳｐｅｃｉａｌＳｔｅｅｌＰｌａｎｔＬａｉｗｕＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ．Ｌｔｄ．Ｌａｉｗｕ271104Ｃｈｉｎａ 3） ＫｅｙＬａｂｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａｆｏｒＥｃｏｌｏｇｉｃ＆ＲｅｃｙｃｌｅＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒＥ-ｍａｉｌ：ｌｑｈｑｗ＠126．ｃｏｍ ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＴｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｆｌｏｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｂｌｏｏｍｉｎＧＣｒ15ｓｔｅｅｌｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎａｍｉｘｅｄＬａｇｒａｎｇｉａｎ- Ｅｕｌｅｒｉａｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｐｒａｃｔｉｃａｌｂｌｏｏｍｓ．Ｔｈｅｃｏｒｎｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｂｌｏｏｍｓｈｅｌｌｉｓｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｐａｒｔｓ．Ｔｈｅｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｔｈｅｂｌｏｏｍｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｒｏｍｔｏｐｔｏｂｏｔｔｏｍｄｅｃｒｅａｓｅｓｇｒａｄｕａｌｌｙ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒｔｈｅｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ｚｏｎｅｓａｒｅｓｉｍｉｌａｒｔｏｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓ．Ｔｈｅｍｉｄｄｌｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃａｓｔｉｎｇｂｌｏｏｍｓｈｅｌｌｉｓａｂｏｕｔ17∙5ｍｍａｎｄｔｈｅｃｏｒｎｅｒｔｈｉｃｋ- ｎｅｓｓｉｓａｂｏｕｔ13∙2ｍｍ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｎｔｈｅｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｈｅｌｌｉｓｍａｉｎｌｙｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓ．Ｗｈｅｎｔｈｅｓｈｅｌｌｉｓｊｕｓｔｏｕｔｏｆｔｈｅｍｏｌｄｔｈｅｏｕｔｅｒ ｓｕｒｆａｃｅｉｓｉｎａｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔａｔｅｗｈｉｌｅｔｈｅｆｒｏｎｔｏｆｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｉｎａｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｔｅｎｓｉｌｅｓｔａｔｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｔｒａｉｎｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍｔｈｅ ｏｕｔｅｒｓｕｒｆａｃｅｔｏｔｈｅｆｒｏｎｔｓｔｅｐｂｙｓｔｅｐ．Ｔｈｅｌｉｑｕｉｄｓｔｅｅｌｅｘｐａｎｄｓａｎｄｉｔｓｖｅｌｏｃｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｓｇｒａｄｕａｌｌｙｉｎｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓ．Ｗｈｅｎｔｈｅｆｌｏｗａｒ- ｒｉｖｅｓｔｏａｃｅｒｔａｉｎｄｅｐｔｈｔｈｅｒｅａｒｅｔｗｏｓｙｍｍｅｔｒｉｃｕｐｗａｒｄｂａｃｋｆｌｏｗｓａｎｄａｂａｃｋｆｌｏｗａｒｅａｉｓｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅｓｉｄｅｏｆｆａｃｅｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｄｏｗｎ- ｗａｒｄａｎｄｔｈｅｃｅｎｔｒｅｕｐｗａｒｄ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇ；ｍｏｌｄｓ；ｂｌｏｏｍｓ；ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 收稿日期：2010--03--24 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （Ｎｏ．50874007）；北京市教育委员会共建资助项目 连铸是一个包含了流动、传热和凝固等现象在 内的综合过程在板坯连铸过程中结晶器内凝固、热 传输和坯壳应力状态是非常复杂的它们与铸坯裂 纹、偏析等表面和内部质量密切相关 ［1］．连铸坯凝 固传热过程及其热变形过程是一个动态的相互作用 过程：一方面气隙的形成改变了坯壳表面的传热条 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2011．03．014