中间包隧道式过滤器的物理模拟

在1∶2的中间包水模型上,采用物理模拟的方法对中间包安装隧道式过滤器前后的流场进行研究,分析过滤器出口角度、挡坝高度等因素对流场的影响。结果表明:中间包隧道式过滤器不仅能过滤钢液,还能与其他控流装置组合使用,优化中间包流场,为进一步降低钢中夹杂物提供了一种选择;方案为过滤器出口角度20°,挡坝高度350 mm,能够很好地优化中间包流场,有效降低死区体积分率,增加活塞区体积分率,延长钢液的平均停留时间,使夹杂物上浮去除条件得到进一步改善。     

中间包夹杂物运动行为的数模研究

利用数学模型研究了中间包括内钢水中夹杂物运动的规律，采用自编的计算机软件，对马钢板坯和异型坯中间包夹杂物的运动进行了仿真计算。结果表明，中间包内夹杂物直径＞100μm时，都能在中间包内上浮，而＜5μm的小颗粒夹杂则很难在中间包内上浮，90％以上都随着钢水流出中间包。加入档墙后，直径＞50μm的夹杂物都能在中间包内上浮排出，大大提高了钢水的清洁度。     

五流大方坯中间包流场优化

针对某钢厂五流大方坯中间包3流铸坯探伤不合格率较高的问题,采用数值模拟方法,研究不同结构中间包钢液的流场。结果表明,该钢厂现使用的中间包结构不合理,近流有短路流出现,且各流差异较大,不利于去除钢液中的夹杂物和提高各流间钢液的均匀性;采用大冲击区,挡墙中墙不开孔、侧墙开4个孔,设置2个坝的中间包结构最佳;中间包结构优化后,消除了近流的短路流,中间包钢液平均停留时间达652.9 s,各流示踪剂浓度的标准差仅为0.011 9,死区体积分数也仅为21.96%,既有利于夹杂物上浮去除,也保证了各流间钢液的均匀性。     

板坯连铸中间包内钢液流场和浓度场的数值模拟

采用FLUENT软件对板坯连铸中间包内的流场和浓度场进行数值模拟,分析中间包内有无挡墙以及挡墙参数变化引起中间包内流场、浓度场的变化情况。模拟结果表明,湍流控制器与挡墙的优化配合使中间包内钢液的平均停留时间由502 s延长至573 s,死区体积分数由29.7%降为14.4%,优化挡墙与挡坝参数有利于钢液温度和成份的均匀,及夹杂物的上浮去除。     

五流大方坯连铸中间包流场与温度场数理模拟的研究

基于数理模拟,对五流大方坯连铸中间包内钢水流动特性及温度场进行了研究.物理模拟结果表明:采用湍流控制器可明显延长钢水的响应时间和停留时间,采用梯形围墙有利于钢水在各流间合理分配,在2#、4#流水口下游设置挡坝,能够进一步改善中间包内钢水的流动特性.当采用稳流器+梯形围墙+挡坝的控流方式时,各流的流动特征参数一致,死区体积在25.0%以下,平均停留时间达15 min以上;数值模拟结果表明,采用本研究开发的控流方式,中间包内钢水温度分布合理,包内钢水最大温差在10℃以内,各流间出口钢水温差为2～3℃,有利于发挥中间包的冶金效果,保证连铸生产顺行和铸坯质量.     

板坯连铸中间包底吹气数值模拟研究

根据宝#连铸机中间包的实际操作工艺参数,在中间包结构内部加装吹气装置,进行了气-液两相的流动和传热耦合的数值模拟.模拟研究结果表明,底吹气可以显著改善中间包内钢水的流动特征,增加钢水流动的轨迹,延长钢水在中间包内的停留时间,提高中间包内钢水的混合程度;在坝堰中间加装吹气装置有助于均匀整个中间包内钢水的速度,减少中间包的死区体积分率,得到更好的冶金效果.     

CSP中间包内腔优化的数值模拟

针对CSP中间包内冶金过程,建立中间包内钢水流场、温度场、夹杂物运动的数学模型,对不同挡墙和挡坝的5种组合方案的中间包钢水,从流动、传热和去夹杂能力等方面进行分析。结果表明:不同挡墙和挡坝的组合方案中,方案5效果最佳,其结构合理,钢液停留时间有效延长,利于夹杂物的上浮;没有明显的低温区域,中间包出口与入口的温差为5℃;对50μm的夹杂物能去除98.4%,对40μm的夹杂物去除率达到92.3%。     

板坯连铸中间包结构优化的水模拟试验研究

依据相似原理，建立1：3的水力学试验模型，按照L16（4^3）正交试验表安排正交试验方案，优化板坯连铸中间包的结构．试验结果表明，优化后的中间包流场更加合理，死区体积比例减小，活塞区体积比例增大，有利于中间包冶金效果的充分发挥．     

板坯连铸中间包下渣量及影响因素水模型研究

对我国某钢厂单流板坯连铸机中间包进行了水模型实验研究，测定了不同条件下中间包的下渣量和中间包钢液的RTD曲线及平均停留时间，用NOSA统计软件对测试结果进行了数据处理。研究中发现，中间包下渣量与浇注高度、中间包结构、控流元件的位置和高度、大包换包及换包时中间包液面高度有关。同时还观察到，采用阶梯型结构的中间包，在每一个中间包浇注最后一炉时，既可以降低中间包下渣量，又可以提高金属收得率。     

中间包冶金技术的发展

综合介绍了国内外连铸中间包冶金技术的发展情况，主要包括防止钢水再污染技术，促使钢水中夹杂物去除的技术及相关技术的发展情况简介，为我国的中间包冶金提供借鉴。     

Improvement of tundish shape and optimization of flow control devices for sequence casting heavy steel ingots

The metallurgical effect of a round tundish used to cast heavy steel ingots in machine works at present was evaluated through water modeling experiments.The flow control devices of the improved oval tundish,which was used instead of the round tundish,had been optimized.The results show that the residence time of the round tundish is short,its inclusion removal efficiency is too low,and it has more dead zones and an unreasonable flow field.Compared with the round tundish,the improved oval tundish with the optimized weir and dam has a better effect:its minimum residence time is prolonged by 38.1 s,the average residence time is prolonged by 233.4 s,its dead volume fraction decreases from 26％ to 15％,and the ratio of plug volume fraction to dead volume fraction increases from 0.54 to 1.27.The inclusion removal efficiency also increases by 17.5％.     

Optimization of flow control devices in a single-strand slab continuous casting tundish

The optimization of flow control devices in a single-slab continuous casting tundish was carried out by physical modeling, and the optimized scheme was presented. With the optimal tundish configuration, the minimum residence time of liquid steel was increased by 1.4 times, the peak concentration time was increased by 97%, and the dead volume fraction was decreased by 72%. A mathematical model for molten steel in the tundish was established by using the fluid dynamics package Fluent. The velocity field, conc...     

基于RTD曲线连铸中间包优化设计数值模拟

为了优化连铸中间包内型,采用数值模拟方法计算钢液在连铸中间包内的停留时间分布（RTD）,并通过RTD曲线分析了连铸中间包内挡坝高度和位置对其钢液流场的影响。结果表明,结构优化后的连铸中间包钢液流场趋于合理,死区体积分数由原始方案的17.62%降至13.29%,且钢液在连铸中间包内的停留时间变化不大。     

单侧孔长水口优化异型四流中间包流场

采用数值模拟方法研究了不同形式长水口下异型四流中间包的钢液流场和停留时间分布特征.数值结果表明：原型中间包存在较大的死区,各流流动情况存在着巨大的差异,而把直通型长水口替换成单侧孔型长水口之后,中间包死区比例减少,各流流动差异性基本上被消除.在挡墙的左侧产生了旋转流场,有利于夹杂物的碰撞聚合和去除.     

底吹气中间包内流动与夹杂物控制

以宝钢集团梅山钢厂1台连铸中间包为原型,采用水模型的方法对底吹气中间包内的流动和夹杂物控制进行研究.结果表明,采用自行设计的装置进行底吹气,能够在中间包内形成均匀、稳定而又细小的气泡;底吹气能够在中间包内形成微气泡形式的"气幕挡墙","气幕挡墙"的形成能有效地破坏中间包内"层流"结构的流动形式,避免形成短路流动,提高平均停留时间,缩小死区体积分率;在吹气位置的选择上,采用中部位置(B2)进行吹气,效果较好;采用底吹气的方式可以实现对中间包内流动的控制,且不需要大的气体流量;底吹气有利于中间包内夹杂物的去除.     

中间包控流装置的物理模拟研究

根据相似原理,建立1∶3的物理模拟模型,通过正交试验考察了挡渣堰、导流坝组合控流装置对中间包流场的影响。研究结果表明,堰坝间距是影响流场的主要因素,优化控流组合方案为：挡渣堰距注入流中心线距离1 200 mm,挡渣堰下沿距包底距离500 mm,导流坝高度360 mm,堰坝间距300 mm.优化后中间包流场趋于合理,钢液在中间包内的停留时间延长,活塞流体积增大,死区体积减小.     

连铸中间包内流场控制优化水模实验研究

根据相似原理,研究了原设计方案和优化改进方案对中间包流场的影响。采用刺激-响应实验方法测得中间包流体的平均停留时间分布(RTD)曲线,并得到不同方案控流装置对中间包流体流动的影响,从而优化对中间包流场的控制。研究结果表明:方案4中活塞区体积分数增大了42.44%,钢液平均停留时间延长了500s左右,并且提高了中间包各流之间的钢液均匀性,从而促进夹杂物的上浮去除。     

Numerical investigation of the effect of transitory strand opening on mixing in a multistrand tundish

In a multistrand,the outlet near the inlet produces short circuiting flow.This leads to the formation of dead zones inside the tundish,and consequently,the mean residence time decreases.In the present study,numerical investigation of mixing inside a delta shaped tundish with sloping boundaries was carried out by solving the Navier-Stokes equation and employing the standard turbulence model.To decrease the dead zone volume inside the tundish,the effect of closing the outlet near the inlet for a small amount of time and further opening it on the mixing behavior of the tundish was studied.The outlets near the inlet were closed for varying amount of time,and the transient analysis of fluid flow and the tracer dispersion study were carried out to find the mixing parameters of the tundish,namely,mean residence time and the ratio of mixed to dead volume of the tundish.An optimum closure time of the near outlet has been found,which yields best mixing inside the tundish.The numerical code was validated against the experimental observation by performing the tracer dispersion study inside a multistrand tundish and the reasonably good match between the experimental and numerical results in terms of residence time distribution (RTD)curves.The results obtained from the present study confirm the strong role of choosing the right time for opening and closing the outlets to get improved characteristics for the fluid flow and mixing behavior of the tundish.The educational version of computational fluid dynamics(CFD)soft ware PHOENICS was used to solve the governing equations and interpret the results in different forms.