大流间距四流中间包控流装置优化研究

以相似原理为基础,建立大流间距4流中间包的物理实验模型。通过物理模拟和数值模拟相结合的实验方法,设计出合适的控流装置,以达到优化中间包内部流场的目的。优化后的中间包死区体积减少到4.18%,钢液的平均停留时间延长至893 s。促进了夹杂物的去除,提高了铸坯的质量。     

板坯连铸中间包内型优化水模研究

通过水力学模型实验，优化了板坯连铸机中间包内型。试验结果表明，优化后的中间包流场趋于合理，大型夹杂物能充分上浮，钢液的最短停留时间为4ls，平均停留时间394．85s，死区体积为7．66％，消除了短路流。     

三流中间包内控流装置优化

通过1∶2模型实验和数值模拟,研究了设置弧形挡墙中间包内钢液流动的特性。水模实验结果表明:弧形挡墙中间包各流平均停留时间比原型中间包提高了一倍,弧形挡墙中间包各流之间平均停留时间最大差异比原型中间包降低了5s。数值模拟结果表明:相对于原型中间包,弧形挡墙的中间包内的钢液流经路径较复杂、停留时间更长,夹杂物有足够时间碰撞聚合去除。水模实验与数值模拟研究结果一致。     

板坯连铸中间包水模型研究

通过水模型实验,对唐钢不锈钢厂2号连铸机中间包结构进行了优化设计。研究了180～200 mm板坯拉速为1.02～1.55 m/min时中间包挡墙、坝和湍流控制等对中间包流场的影响,从而确定中间包的最佳结构及几何参数。优化后中间包在流量为4.5 m³/h时,中间包钢水最短停留时间由原先的52 s提高到106 s,平均停留时间由405 s增加到572 s,死区体积由6.21%下降至3.51%。     

两流非对称中间包结构优化与应用研究

采用水模型实验、数值模拟相结合的方法分析了原型中间包和优化中间包在钢流流场、中间包流动特性方面的差异.结果表明:优化中间包2#水口平均停留时间延长了8.0%,两水口流体平均停留时间之差下降了36.3%.流体在优化中间包内流动轨迹更加复杂,延长了流体在中间包内停留时间.通过工业实验证实了优化方案的可行性.工业试验表明:采用圆形湍流控制器加单挡墙组成控流装置的原型中间包,两水口钢液平均温差为5℃,浇注得到的钢坯试样中,140~300μm夹杂物数量为0.7 mg;而采用非对称长方形湍流控制器加多孔挡墙组成控流装置的中间包,两水口钢液平均温差为3℃或2℃,约为原型中间包两水口钢液平均温差的1/2;浇注得到的钢坯试样中,140~300μm夹杂物数量为0.2 mg,约为原型中间包的1/3.说明采用非对称长方形湍流控制器加多孔挡墙组成控流装置的中间包对两水口温度的均一性起到了显著作用,且更能有效地去除钢液中的夹杂物.     

板坯中间包等温钢液流动的物理模拟与应用

为了适当延长钢液在中间包停留时间,以尽可能多地去除钢液中的夹杂物,使中间包的温度及成分更加均匀;为了减少中间包的死区,保证中间包内部有合理大小的全混区和柱塞流区,通过优化中间包的上挡墙及坝的结构参数,提高中间包的利用效率.以酒钢板坯连铸中间包为研究对象,按1:3的比例建立了从钢包、长水口到中间包、水口的钢液流动的水力学模型.通过对水力学模型RTD曲线的测量,得到了中间包的滞止时间、停留时间及峰值时间,通过对这些时间的相应计算,对目前使用的中间包结构进行了优化.     

25t连铸中间包流场优化水模试验研究

以相似原理为基础,用水模拟钢液研究中间包内的钢水流动特征,通过测定模型中间包内液体的停留时间分布曲线(RTD),计算其平均停留时间及死区、活塞区和混合区的体积。试验表明,经过改进的中间包,其最短停留时间由17s增加到33s,死区体积比则由12.68%降低到7.64%,优化了中间包内的流场。     

板坯连铸机中间包结构优化的水模型研究

以临钢板坯连铸机中间包为研究对象,采用水力学物理模拟的研究方法,来确定中间包内控流装置设置的最佳方案。根据相似理论,选择合适的弗鲁德准数,确定实验模型与原型的几何相似比为1：2,建立实验模型,并进行水力学模拟实验。对中间包的内腔结构进行合理优化,优化后的中间包冶金效果明显,钢水流动状况较优化前得到改善,钢液流动合理,液面平稳且钢液温度更加均匀,钢液的平均停留时间延长,活塞流体积分率增加,夹杂物上浮指数提高,更有利于钢水的净化。     

双流板坯中间包流场优化的物理模拟研究

以国内某厂所用双流中间包为研究对象,采用物理模拟的手段对不同控流装置下中间包内的流场进行模拟研究,水模型实验采取1:3的比例进行。实验结果表明:双流浇注时原型中间包死区比例为30. 9%、滞止时间为25. 8s、平均停留时间为358. 3s,单流浇注时原型中间包死区比例为38. 6%、滞止时间为19. 7s、平均停留时间为354. 6s,钢液流动性差;双流浇注时,增加挡坝结构可以明显地减少死区比例,延长滞止时间,死区比例降低为20. 8%、平均停留时间增加为410. 6s;单流浇注时,内弯型和外弯型弯曲水口加挡坝的组合将死区比例分别减少至20. 1%和23. 1%,平均停留时间延长至442. 5s和425. 6s,采用挡墙将未开浇一侧隔开,组合挡坝结构,也能明显减少死区比例,其中效果最好时,死区比例降低为25. 1%。     

中间包包型优化的数值模拟及生产应用

中间包包型对钢液流动有重要影响,进而影响中间包的冶金效果。利用数学模拟方法,以钢液停留时间分布曲线(RTD曲线)为评判标准,对某钢厂的中间包包型进行了优化改造,优化后出口浓度最大时间延长了200 s,钢液活塞区比例由39.3%增加至69.6%,死区比例由10.11%降至4.77%,且铸余减少3.5 t;包型优化后的大样电解夹杂物含量减少了72.35%。该包型于2008年12月开始在某钢厂稳定使用,提高了铸坯质量,节省了生产成本,为该钢厂创造了显著的效益。     

18 t三流非对称中间包流场数值模拟

针对三流非对称中间包,运用ANSYS Fluent软件对其控流方案进行模拟,比较不同方案下钢液的流场、温度分布和停留时间分布（RTD）特征。模拟结果显示:原方案中有明显的短路流出现,各个水口钢液的流动一致性差,3个水口的实际停留时间分别为459.44 s、519.43 s和636. 94 s,并且温度最大温差为7 K,死区比例为23.9%;最佳优化方案减少了短路流,钢液流动一致性提高,3个水口的实际停留时间分别为517.13 s、532.66 s和502. 12 s,死区比例降低到19. 8%,最大温差降低到2. 5 K,流动一致性良好,钢液流动更合理。工业试验以316L钢种为研究对象,中间包T[O]由49×10^-6降至40×10^-6,降幅为18. 4%,铸坯T[O]由34×10^-6降至28×10^-6,降幅为17. 7%,洁净度改善较为明显;中间包夹杂物数量密度由7. 2个/mm²降至4. 7个/mm²,铸坯由5.4个/mm²降至3. 5个/mm²,夹杂物数量降低。     

六流中间包挡墙优化的数值模拟和工业实践

根据钢厂40 t六流重轨钢中间包的结构和工艺参数,通过Ansys Fluent软件数值模拟的方式,研究了其流场、温度场及RTD（停留时间分布）曲线。研究发现,原中间包流场及温度场分布不合理,各流一致性较差。通过正交试验,确定了挡墙开孔底部仰角10°、中部仰角10°、开孔上移0 mm的优化方案。模拟结果表明,通过优化设计,提高了中间包的整体流场速度, 大幅降低了钢水的平均停留时间标准差,最低温度提高了 14.2 K,各流水口温差缩小了 1.77K,各流一致性显著增强。40 t中间包U75V重轨钢的生产应用结果表明,优化后最远端水口（3号水口）平均停留时间由原687.1 s降至575.5 s,各流温差由2.05 K降至0.28 K,改善显著。     

四流小方坯中间包结构优化的物理模拟

随着钢铁工业的发展,人们对钢的质量要求越来越高,连铸中间包结构是和连铸坯最终质量形成相关的一个重要因素。试验以某厂四流小方坯中间包为原型,1∶3的比例制作了有机玻璃水模型,在不同的中间包结构下,KCl做示踪剂,采用"刺激—响应"技术测得流体的平均停留时间;黑墨水做显示剂显示流场。试验结果表明:采用"V"型挡墙开两孔时,钢液的平均停留时间短,滞止时间短,死区体积比例大。"V"型挡墙只开上孔时,能够很好的优化中间包,改善钢液的流动状态,使钢液的平均停留时间延长58.85 s,死区体积比例减小10.06%;同时还保证了各流之间的均匀性,即各流之间的温度、成分差异较小。     

流钢孔对中间包流体行为影响的数值模拟

以某钢厂双流中间包为基础,建立了相似比为1∶3的物理模型和三维稳态数学模型,研究挡坝控流装置上流钢孔的孔径、数量和倾斜角度等变化因素对中间包内流场的影响。结果表明,孔径大小和流钢孔的倾斜角度对中间包内钢液的流动特性至关重要。在中间包挡坝上开设的流钢孔孔径为120 mm、倾斜角度为15°时,可改变钢液流向,延长钢液流动轨迹,增加夹杂物去除概率,与原型相比,中间包内钢液平均停留时间增加近28 s,死区比例降低46.5%,理论残钢量降低79%。     

基于PXI技术的中间包流场优化的水力学试验

试验利用PXI连铸综合水力学试验平台,采用1∶2的中间包水模型研究坝堰和多孔挡墙对某钢厂180mm×240mm小方坯六流连铸中间包中流动的影响,通过分析不同方案中间包的相关区域的流场特性和停留时间分布曲线（RTD曲线）来得出相关试验结论。试验结果表明,无坝堰和多孔挡墙的中间包内注流区的流体的流动均匀性不好,同时响应时间(7s)和峰值时间(224s)均比较短;优化后的中间包内的流体的流动特性得到较大程度改善,响应时间和峰值时间分别延长99和159s,死区体积减小了45.71%,活塞流体积从12.03%增大到25.47%。     

不同湍流模型在中间包钢液流动数值模拟中的适用性研究

摘要：连铸中间包内部结构复杂,钢液流动状态多样,详尽准确的钢液流场信息是中间包控制和优化的前提。数值模拟方法已广泛应用于中间包内钢液流场研究,钢液流场的精确数值模拟离不开合适的湍流模型及相应的边界条件。基于CFD开源代码包OpenFOAM v8,分别应用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型3种湍流模型,对称面边界、自由滑移边界2种液面边界条件,对中间包流场进行了数值模拟。通过与文献中实验结果比较,发现采用SST k-ω模型可以成功预测RTD曲线的“双峰”,且响应时间、峰值时间与实验结果较为接近;应用SST k-ω模型时,将液面边界类型由自由滑移改为对称面,获得的示踪剂响应时间的误差由93.89%降低至8.35%以下,峰值时间的误差由100.78%降低至12.32%左右。因此,SST k-ω模型、对称面液面边界可以较好地描述中间包内钢液流动过程。     

Study on applicability of different turbulence models in simulation of molten steel flow in tundish

The internal structure of continuous casting tundish is complex, and the flow state of molten steel is diverse. Detailed and accurate information of molten steel flow field is the premise of tundish control and optimization. Numerical simulation method has been widely used in the study of molten steel flow field in tundish. The accurate numerical simulation of molten steel flow field is inseparable from the appropriate turbulence model and the corresponding boundary conditions. Based on the CFD open source code OpenFOAM v8, three different types of turbulence models (standard k-ε model, RNG k-ε model, and SST k-ω model) were applied to simulate the molten steel flow in the tundish. Additionally, two boundary conditions of symmetry plane and the free slip were also applied. Comparing the simulation results to the experimental data, it shows the RTD curve obtained by the simulation with the SST k-ω model can successfully predict the "double peaks" that appeared in the experiment. Besides, the response time and peak value time are closest to that of experimental results. For SST k-ω, when changing the type of liquid surface boundary from free slip to symmetrical plane, the error of tracer response time obtained is reduced from 93.89% to less than 8.35%, and the error of peak time is reduced from 100.78% to about 12.32%. It can be concluded that the SST k-ω model and the symmetry boundary are applicable for the simulation of molten steel flow in the tundish.     

单流板坯中间包内湍流抑制器对流场的影响

通过水力学模型实验,研究了湍流抑制器对单流板坯中间包内钢液流动的影响,并比较了有无湍流抑制器时中间包内钢液流动的特性。湍流抑制器使钢液由长水口注入中间包后再返回,从而消除了中间包短路流,发展了表面流,延长了滞止时间和平均停留时间,有利于中间包内夹杂物的去除。湍流抑制器与单挡坝的结构在控制中间包内钢液流动方面效果较好。     

顶旋型湍流抑制器对单流板坯中间包内湍流行为的影响

摘要：设计了一种顶旋型湍流抑制器,使钢液产生旋转流场,降低钢/渣界面速度,促进夹杂物的去除,达到净化钢液的目的,并利用数值模拟的方法,对单流板坯中间包在稳态和非稳态时的流场进行研究。结果表明：使用新型抑制器相较于不使用和使用普通抑制器,对中间包稳态浇注流场有明显的改善,死区体积明显减小。拉速和中间包容量改变时,新型抑制器比普通抑制器对中间包液面波动的抑制效果更好。当拉速为1.15、1.55和1.85m/min时,使用新型抑制器的中间包自由液面的平均速度分别为0.040、0.053和0.062m/s,相较于普通抑制器分别降低了21.6%、24.3%和26.2%。当中间包容量为40、30和25t时,使用新型抑制器相比于普通抑制器,自由液面的湍动能分别减少了20.9%、25.0%和26.3%。