基于多场耦合模型的连铸结晶器内钢液凝固行为分析

针对连铸结晶器内钢液的流动、传热、凝固耦合变化问题,应用连续介质力学和能量守恒理论,建立了板坯连铸结晶器内钢液流动、传热和凝固的三维非稳态数学模型.在此基础上,应用COMSOL软件进行数值模拟和分析.将耦合模型计算得到的凝固坯壳厚度与经验公式进行对比验证,总体符合较好.结果表明,结晶器内钢液流动的基本特征与单流场模型相比并没有发生变化.但是,钢液的上、下回流涡心到自由面的距离及流股冲击深度均有所减小.在靠近结晶器窄面的部分区域由于凝固坯壳的形成,不会出现钢液流动现象.由于凝固坯壳的存在,自由面钢液流速变大,自由面钢流波动更加剧烈.由于钢液的强制对流传热,结晶器内部钢液温度并不是由内到外逐渐降低的,而是出现了小幅度的波动.在结晶器出口处钢液温度较低,且分布不均匀,部分区域温度梯度较大.由于钢液的对流作用促进了钢液的热量传递,结晶器出口处窄面、宽面及角部凝固坯壳更厚.