连铸中间包钢水流动及夹杂物运动的数值模拟

本文对某厂的连铸中间包两种不同流动控制条件下的钢水流动进行了三维数学模拟.湍流的模拟采用κ-ε双方程模型.通过分析夹杂物所受力的平衡建立了夹杂物运动方程,主要考虑了流体的拖曳力和来自于夹杂物和钢水之间密度差的上浮力,并通过随机运动模型模拟了湍流脉动对夹杂物运动的影响,计算了多粒径夹杂物的三维运动及其轨迹.模拟结果表明,如果挡墙上方有钢水流过,将会在挡墙上方附近产生较大的流速和强烈的涡流,并且钢水从不同方向向一个界面(界线)流动,导致不同流向的钢流相互碰撞,所有这些都将导致卷渣和重新卷入夹杂物.因此,钢水液面大于挡墙高度对夹杂物的去除不利.采用全挡墙(即挡墙与中间包钢水高度一致,挡墙上合理布置出孔)的条件下产生的钢水流动方式有利于夹杂物的去除.计算表明在挡墙合理布置出孔的情况下,如果挡墙高度和钢水深度都是1000mm时,50μm的夹杂物可以安全去除32%;而当钢水液面高度为780mm,挡墙高度为660mm时,50μm夹杂物仅可以安全去除13%.为了更有效的去除夹杂物,抑制涡流形成引发的渣乳化,引起卷渣以及重新卷入已经去除到顶渣的夹杂物,中间包钢水深度应该大于1000mm.     

单流板坯连铸中间包气幕挡墙效果研究

在单流板坯连铸中间包中使用气幕挡墙,进行工业试验。对比使用气幕挡墙后钢水全氧含量和板坯夹杂物的变化。结果表明,中间包气幕挡墙可以改善中间包流场,可以去除中间包大型夹杂物,尤其是尺寸小于300μm的夹杂物。     

Ti-IF钢水口堵塞分析

通过扫描电镜对Ti-IF钢水口堵塞物进行分析,研究表明水口堵塞物中分为2层,其中靠近水口耐火材料部分反应层为Ti-Al-O复合夹杂物和Al2O3夹杂物的混合物,靠近钢水的堆积层为Al2O3夹杂和冷钢的混合物。利用扫描电镜对浇铸炉次的中间包钢水中的夹杂物进行了分析,通过分析发现中间包钢水中含有大量的Ti-Al-O复合夹杂物和Al2O3夹杂,中间包钢水中Ti-Al-O复合夹杂物和Al2O3夹杂是水口堵塞的主要原因。     

连铸中间包内钢水夹杂物运动行为的数学模拟

在连铸中间包中钢水流动、混合及停留状况仿真计算的基础上，通过对中间包钢水中夹杂物运动行为的数学模拟，研究了探讨了夹杂物碰撞长大、上浮排除以及被耐炎材料墙壁粘结吸附等现象。结果发现：中间包钢水中夹杂物的排除与钢水平均停留时间有密切关系，其中上浮排除的夹杂物约占排除总量的90％。另外，大颗粒夹杂物比小颗粒夹杂物容易排除，而且夹杂物能够在钢水流经中间包过程中长大，但中间包钢水流动所提供的湍动条件对夹杂物长大的促进作用不充分。     

CSP中间包夹杂物去除效果的试验研究

夹杂物对钢的性能有很大影响,尤其是对钢水纯净度要求较高的电工钢,因此在电工钢生产过程要采取措施严格控制夹杂物的含量。研究了马钢薄板坯连铸连轧生产电工钢时中间包内夹杂物的种类、含量及粒度组成等,分析中间包内夹杂物的分布,从而评价中间包去除夹杂物的能力。试验结果表明:改造优化以后的中间包基本能够去除40μm的大型夹杂物,也为30μm的小型夹杂物提供了聚集、长大的动力学条件,中间包去除夹杂物的能力较强,为生产高品质的电工钢提供了有力保障。     

中间包冶金技术

从改善钢水洁净度出发,综合叙述了当前国内外中间包冶金技术的应用及发展,主要包括防止钢水的再污染、冶金夹杂物的去除以及相关的中间包冶金技术。     

CSP中间包夹杂物去除效果的试验研究

 夹杂物对钢的性能有很大影响,尤其是对钢水纯净度要求较高的硅钢,因此在硅钢生产过程要采取措施严格控制夹杂物的含量。本文研究了马钢薄板坯连铸连轧生产硅钢时中间包内夹杂物的种类、含量及粒度组成等,分析中间包内夹杂物的分布,从而评价中间包去除夹杂物的能力。试验结果表明：改造优化以后的中间包基本能够去除>40m的大型夹杂物,也为<30m的小型夹杂物提供了聚集、长大的动力学条件,中间包去除夹杂物的能力较强,为生产高品质的硅钢提供了有力保障。     

低碳低硅钢连铸过程的非金属夹杂物研究

采用扫描电镜、金相法对湘钢连铸坯生产过程中非金属夹杂物的数量、类型、组成及分布等进行了研究找出了目前生产工艺中外来非金属夹杂物的来源,即钢包中炉渣对钢水的污染、无长水口保护时空气对钢水的二次氧化以及注流冲击卷渣产生的非金属夹杂物.保护状态下铸坯中非金属夹杂物数量为3.7~6.5个/mm2;敞开状态下数量为 4.1~7.3个/mm2.提出应加强炉渣控制、完善钢水保护条件及优化中间包流场等措施,进一步提高低碳低硅钢质量的思路.     

中间包挡墙优化的数值模拟与实践

为了改善首钢三炼钢2号铸机铸坯夹杂物水平,对中间包挡墙结构进行了优化,并对中包内钢水流场进行了三维数值模拟,分析了钢水流场对去除夹杂物的影响.模拟及生产实绩表明：高挡墙方案均具有改善中包冶金效果,V形高挡墙方案安装使用过程结构稳定性更好,采用带导流孔的全挡墙钢水流场分布更加合理,有利于夹杂物的去除.     

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＞100um时,都能在中间包内上浮,而＜5um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。加入挡墙后,直径＞50um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。本文提供了一种研究中间包夹杂物运动的方法,并认可采用挡墙控制钢水流动,可有效地排除钢水中的夹杂物。     

中间包温度场的数值模拟及其优化

原型中间包结构不合理,两个水口进出口温差不一致,且包内温降较大.优化后中间包温度分布更加合理,进出口温差减小,最低温度有所提高,尤其方案3效果最佳.     

Physical and mathematical determination of the influence of input temperature changes on the molten steel flow characteristics in slab tundishes

Transient fluid flow behavior in a tundish with two different arrangements, a bare tundish and a tundish using flow control devices, was studied using physical modeling and a mathematical model. The study places special emphasis on buoyancy effects, particularly transient buoyancy effects due to step change in inlet temperature. For the bare tundish case, the inertial forces are strongly dominant, while in the arrangement using flow control devices, tundish with turbulence inhibitor and low dams, the buoyancy forces are dominant. The results were compared to those representing the real behavior, considering temperature variations, for each tundish arrangement. This comparison made possible the determination of the probable implicit error that could be present in the estimation of the fluid flow characteristic behavior used for the design of the tundish geometry and flow control devices when the temperature variations are not considered.     

回归法在中间包钢水温度预测模型中的应用

连铸中间包内钢水温度是炼钢生产过程的重要工艺参数之一，通过对宝钢炼钢部60t中间包钢水温度的测试，得出了中间包钢水温度变化规律，并利用回归设计建立起中间包钢水温度数学模型。     

六流方坯中间包流场的物理模拟和冶金效果

通过在中间包内砌筑墙和坝,改变中间包内钢水的流动状态,对安阳钢铁集团有限责任公司六流方坯中间包内部结构进行优化设计,建立良好的中间包流场和温度场,解决了该厂连铸生产过程中的漏钢、套眼等问题,为降低钢水过热度、提高钢水可浇性、促进夹杂物上浮及开发新产品奠定了基础.     

六流双通道感应加热中间包钢水流动控制

通道式感应加热是近年来得到快速推广应用的中间包冶金新技术,其通道常为直通式结构。然而对于多流狭长型中间包,这种结构会造成包内各流钢水流动和温度差异大,从而影响铸坯质量的稳定性和一致性。为此,提出了一种分口通道结构,并以国内某钢厂一需要改造的6流中间包为原型,通过物理模拟方法探究了通道孔径、角度等对钢水流动的影响,且与常规直通道结构进行了对比。结果表明,分口两孔径分别为90、60 mm并配合挡坝结构的A1D方案可明显改善整个中间包的流动均匀性,各水口RTD曲线几乎重合。该结构应用于某厂重轨钢生产,铸坯质量稳定,各流钢水温差为0~3 ℃,取得了良好的应用效果。研究为该类中间包的结构设计提供了新的思路和方法,同时也表明传统的物理模拟方法仍可用于指导感应加热中间包的设计和优化。     

Development and application of model for predicting molten metal temperature in continuous casting process

An unsteady mathematical thermal model was developed for predicting the time,molten-steel weight,induction heating power,and temperature changes of the steel from the end of ladle refining to the end of the continuous-casting process of a tundish. The calculations revealed that for a specific strip-casting process,the ladle tonnage should be controlled to about 90 t. If the ladle capacity reaches 130 t,the provision of a 1 500-kW tundish induction heating device is recommended. By comparing the measured and predicted molten-steel temperature values in the Ningbosteel-Baosteel strip casting industrialization demo project( NBS) of a tundish,it was determined that the prediction accuracy of the model could meet the forecasting accuracy requirements for the molten-steel temperature in the tundish during mass production. Simultaneously,the heat flux density on each surface of the tundish was found at about 50 min,which is entirely consistent with the values reported in the related literature,and the tundish had not reached a heat balance during the casting test period. This model can also be applied to calculate the suitable size of a tundish for a specific continuous-casting process,thereby providing a theoretical basis for the design of the continuous-casting tundish.     

中间包热状态分析及烘烤工艺优化

 为研究中间包的热状态，开发了计算机数字采样测温系统。依据测温系统对中间包包衬的温度测试结果，分析中间包包衬在干燥、烘烤和浇注几个阶段的热状态，在保证中间包壁耐火材料不发生烘烤裂纹的前提下，从加热时间、煤气耗量、中间包烘烤效果、连铸过程中包内钢水温度波动等几个方面进行研究，实现了中间包烘烤工艺曲线的优化。     

中间包钢水温度控制研究及优化

为了提高中间包温度合格率,减少连铸机拉速波动,根据首秦现有工装设备条件,分析了中间包温度合格率较低的原因,研究了精炼周期、浇铸断面、工艺路线以及钢包状况对钢水温降的影响,同时总结出连铸中间包烘烤、开浇钢水温度变化以及浇钢过程钢水温度变化规律。通过提高优质钢包的周转数量、规范操作并精确控制精炼吊包温度、保持连铸中间包钢水温降稳定,使钢水中间包温度合格率达到92%以上,铸坯内部质量也得到一定改善。     

通道式感应加热7流中间包流场的物理模拟

 为解决通道式感应加热7流中间包各流一致性差、第2和第6流钢水停留时间短的问题,通过水模拟试验对该中间包流场进行优化。等温试验结果表明,通过改变通道结构以及添加双挡坝可改善流体的流动状况。与原型结构相比,优化后中间包总体平均停留时间延长了277.8 s,死区比例降低了30.16%,各流一致性得到较大改善。非等温试验表明,感应加热引起的包内自然对流不可忽略,流体经加热从通道流出后会形成明显上升流。通道内外温差越大,中间包各流的一致性越好。针对原型方案,通道内外温差为5 ℃时,中间包内流体停留时间即较无温差时明显延长,死区基本消除。     

唐钢150tLF供中薄板连铸钢液温度改进实践

针对唐钢150t LF供中薄板连铸中间包钢液温度过高或过低的情况,通过对影响LF和中间包钢液温降的因素分析,经过优化相关工艺制度,提高了LF供钢离站温度的灵活性及中间包温降的稳定性,实现了中间包温度较高的可控性,在提高中间包温度合格率、降低生产事故及减少铸坯质量缺陷方面取得了显著成效。