板坯连铸结晶器浸入式水口吹氩使结晶器流场发生改变,引起液面波动,造成铸坯卷渣。为了的这一问题,采用大样电解方法结合扫描电镜技术,研究了板坯连铸结晶器浸入式水口不同吹氩量和吹氩分配方式对铸坯夹杂物的数量和类型的影响,提出了减少卷渣的合理结晶器吹氩量和吹氩分配方式,得出了卷渣占结晶器夹杂物的比例超过半数的结论。分析表明合理的吹氩参数对减少结晶器卷渣有着重要的意义

利用Fluent软件对1650mm×220mm板坯结晶器建立了三维稳态数学模型，对三种方案条件下结晶器内钢液流动进行模拟.结果表明，结晶器的宽度对结晶器表面速度分布影响显著，随着结晶器宽度的增加，结晶器表面的速度分布越来越不均匀.表面的最大速度受到多种参数的影响，包括浸入式水口入口钢液的速度、水口出口角度和水口浸入深度等，其中入口钢液的速度影响最为显著.最优方案为：铸坯宽度1100mm，底部结构为山形和出口角度向下30°的水口，水口浸入深度120mm，流量为11.6m3·h-1，入口速度为0.8384m·s-1

利用商业软件Thercast建立了描述水冷结晶器内钢液凝固传热和弹塑性变形的有限元模型,对凝固过程进行三维热力耦合求解.首先在坯壳表面施加热流密度,从而得到铸坯结晶器内凝固收缩量和坯壳温度分布,并分析钢水静压力的影响,提出结晶器锥度的设计原则,以确定合适的结晶器纵断面锥度.然后在结晶器铜管冷面施加水冷换热系数,并考虑保护渣和气隙对坯壳凝固的影响,研究坯壳在结晶器内的凝固过程,从而验证所提锥度的合理性

为了改善M2高速钢中的碳化物分布，通过数值模拟详细分析了结晶器旋转对M2高速钢电渣重熔过程温度场、金属熔池形状的影响，并进一步通过实验室双极串联结晶器旋转电渣炉研究了旋转速率对M2高速钢电渣重熔过程的影响。采用扫描电镜观察并分析了结晶器旋转对电渣锭中碳化物形貌、分布的影响；采用小样电解萃取实验，分析了结晶器旋转速率对碳化物组成的影响。结果发现，随着结晶器旋转速率的增加，渣池的高温区从芯部向边部迁移，温度分布更加均匀；金属熔池的深度变浅，两相区的宽度收窄，从而导致局部凝固时间降低、二次枝晶间距减小。与此相对应，随着结晶器旋转速率的增加，M2电渣锭的渣皮更薄、更加均匀，结晶器对电渣锭的冷却强度更大，碳化物网格开始破碎、变薄，碳化物由片状改变为细小的棒状。X射线衍射分析表明，不论结晶器是否旋转，碳化物的类型始终不变，由M2C、MC和M6C组成，但是随旋转速率增加M2C含量增加，MC和M6C含量降低。碳化物组织得以改善的主要原因在于，结晶器旋转导致金属熔池深度降低、两相区宽度收窄，改善了凝固条件，减轻了元素偏析

基于湍流模型与多相流模型的耦合,实现了对结晶器流动与自由液面波动行为的计算模拟.分析研究了不同侧孔倾角对对称多侧孔水口浇注大方坯结晶器内流场及自由液面波动的影响规律.结果表明:水口侧孔向下角度每增加5°,结晶器宽面和窄面冲击点位置分别下降约13mm和10mm;一定浸入深度下,钢水出口向下倾角的大小对大方坯结晶器液面波动影响不大,在3mm以内;结晶器壁面附近的钢液较水口附近钢液活跃.推荐水口侧孔向下倾角为20°

采用数值模拟方法研究了不同磁感应强度下电磁制动(EMBr)对某钢厂结晶器流场、传热以及夹杂物去除的影响.结果表明采用电磁制动,结晶器内流体的表面流速增加,对窄面冲击深度减少,结晶器自由表面温度升高,高温区上移而且范围扩大.随着磁感应强度增加,自由液面温度提高2~5℃,这有助于保护渣的熔化,可改善弯月面的钢液流动特性.夹杂物尺寸越大,越容易为结晶器液面所吸收去除,对于尺寸大于30μm的夹杂物,磁感应强度越大,夹杂物越容易被结晶器保护渣所吸收

以圆坯连铸结晶器温度实测数据为基础,研究应用神经元网络求解结晶器传热反问题的可行性,并尝试将神经元网络与数值计算结合用于结晶器传热计算,探索针对实测数据的结晶器传热在线计算方法.结果表明,数值计算结果与实测温度符合较好,可真实反映实际生产中圆坯结晶器传热的非均匀特性

针对薄板坯连铸结晶器中钢液的紊流流动特征,利用商业软件CFX4.2,建立了一个三维有限差分模型,计算这一限定空间射流的紊流时均场,并采用均相流模型,模拟了结晶器内钢液液面形状及速度场.通过计算,分析了浸入式水口形状、拉速等工艺参数对薄板坯连铸结晶器流场的影响,同时,研究了结晶器出口处速度分布对结晶器内钢液流动的影响

针对碳钢在连铸结晶器内的凝固过程,考虑铸坯和铜板间接触状态,建立了完全热力耦合的二维热-弹塑性有限元模型.利用MARC商用软件包在微机上求解,模拟出了连铸结晶器区域热和力学状态,特别是铸坯和结晶器壁界面状态,包括铸坯表面温度、界面热流和气隙分布规律等.本模拟工作可以为优化结晶器锥度,开发高拉速曲面结晶器提供理论依据和技术基础

针对260 mm×300 mm大方坯结晶器，采用有限元和有限体积法相结合的方法研究了电磁搅拌对结晶器流场和液面波动的影响.磁场模拟结果与现场实测数据一致.电磁搅拌使结晶器内钢液在水平截面呈旋转流动，在纵截面上形成两对回流方向相反的环流区，最大切向速度随电流和频率的增加而增大，结晶器自由液面的波动随电流和频率的增加而加剧.对于260 mm×300 mm大方坯轴承钢连铸，合理的结晶器电磁搅拌电流和频率分别是300 A和3 Hz