两流非对称中间包内控流装置优化的水模型研究

通过水模型实验和数值模拟,研究了两流非对称中间包采用不同控流装置时流体流动的特性.结果表明:圆形湍流控制器与单挡墙组成的控流装置中间包两出口流体流动差异较大;非对称长方形湍流控制器和多孔挡墙组成控流装置的中间包,两流之间的平均停留时间差异是圆形湍流控制器和单挡墙组成控流装置中间包的2/3,且近长水口侧出口的平均停留时间...     

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.     

连铸中间包不同控流装置使用效果比较的模拟研究

采用水力学数学模拟的方法,研究了3号多孔挡墙和U挡墙对昆钢小方坯连铸中间包流动特性的影响。水力学模拟依据相似原理,用"刺激—响应"实验方法,测定不同工况下停留时间分布(RTD)曲线,得到两种挡墙对中间包流体流动的影响。然后用数学模拟的方法验证水力学模拟的合理性。研究结果表明:3号多孔挡墙可以延长1号、2号水口响应时间及平均停留时间,缩短了3号水口响应时间及平均停留时间,控制各流流动趋于一致。中间包内流体流动特性得到明显改善。使用U挡墙后,钢液的平均停留时间Ta有了大幅增加,但各水口的初次响应时间差距较大,各流的流动特征一致性较差。因而,3号多孔挡墙控流效果优于U挡墙。     

两流非对称中间包流场准对称化的数学物理模拟

通过水模型实验和数值模拟,研究了不同湍流控制器下两流非对称中间包内流体流动特性。数值模拟结果表明：湍流控制器几何结构对两流非对称中间包流体流动特性有明显影响。圆形湍流控制器内流场涡心靠近底部,出口处流体流速垂直向上;中间包流场涡心靠近长水口,涡心高度与挡墙高度基本同高,中间包表面波动大,容易发生卷渣现象。不对称长方形湍流控制器底部为不对称波浪形,流场涡心靠近出口,流体以一定角度从湍流控制器出口流出;其右侧出口面积大于左侧,水口右侧流体流量大于左侧;由于增大了出口面积,出口处流体速度减小,中间包表面平稳。水模型结果表明采用不对称湍流控制器中间包两流之间的平均停留时间差比圆形湍流控制器中间包减少1/4,算术平均值增加5.3%,说明非对称湍流控制器增强了中间包去除夹杂物能力且能有效缩小两流之间流体流动的差异。     

钢包长水口形状对中间包内钢液流动特性的影响

通过物理模拟实验研究了在不同的中间包液位时使用喇叭形长水口和直通形长水口对单流板坯中间包内的流体流动特性的影响.实验结果表明:使用喇叭形长水口后的RTD曲线峰值较低,波动较小,流场较稳定,而且不存在短路流;使用喇叭形长水口后更有利于延长流体在中间包内的开始响应时间、平均停留时间和活塞流平均停留时间;中间包内的死区体积较小,活塞流体积较大,而且活塞流与死区体积的比值也更大.因此,在中间包液位上升时,使用喇叭形长水口后包内的流动模式组成更合理,这更有利于保证中间包内钢水的质量.     

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.     

板坯连铸中间包结构的优化

对鞍钢三炼钢板坯连铸中间包结构进行了优化研究,发现原中间包结构造成钢水在中间包的最小停留时间短和活塞流体积小,死区体积大,不利于钢水中的非金属夹杂物上浮.采用合理结构的挡墙和湍流控制装置能够明显改善中间包内流体的流动特性,可以使钢包长水口注流区上方的液面流动平稳,促进钢水中的非金属夹杂物上浮,提高铸坯质量.     

三流非对称连铸18 t中间包流场的物理和数学模拟

以西宁特钢三流非对称250 mm×280 mm方坯连铸18 t中间包为研究原型,应用1:2.2比例水模型试验和数学模拟相结合的方法研究3种控流装置对中间包流场的影响,得出一种优化的新型挡墙结构。结果表明,原型中间包3个水口间的平均停留时间和滞止时间相差较大,对各注流之间的均匀控制带来不利影响;使用新型的U形挡墙后,中间包内死区比例降低了36.67%,3个水口的平均停留时间标准差减小,有利于各流之间的均匀化控制。     

重钢5流方坯连铸中间包控流装置的数理研究

对重钢24t中间包控流装置进行水力学模型试验和数值模拟,通过测定停留时间分布(RTD)曲线和夹杂物的排除量,研究了不同尺寸湍流控制器对中间包流体流动特性的影响。研究结果表明,使用合适的湍流控制器和现有挡墙设置组合,可以延长水口响应时间及平均停留时间,提高活塞流区体积分数30%及降低死区体积分数50%,中间包内流体流动特性得到改善。     

中间包结构优化及冶金效果

通过水模型实验,对四流圆坯中间包三种挡墙形式下的包内流场进行模拟研究.结果表明:原挡墙控流下的中间包同一侧两流之间的流体流动特性存在很大差异,与内侧相比,外侧流的最小停留时间、峰值时间长、死区体积大,造成中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效地上浮去除.U型挡墙能很好地解决各流间的同步性,但是最小停留时间短,死区比例较大.采用Y型挡墙可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水清洁度,为三种挡墙形式之最优.工业试验表明,Y型挡墙在降低铸坯总氧和夹杂物方面均优于原挡墙.     

四流矩形中间包冲击碗应用水模实验研究

通过四流矩形中间包水模实验,研究了不同结构的冲击碗与不同控流装置的组合对中间包流动特性的影响,并比较了有无冲击碗对中间包流动特性的影响。合理使用适当结构的冲击碗能大大延长近中心流的响应时间,改善各流的流动特性的差异,提高平均停留时间和平均活塞区体积。冲击碗与单坝组合控流效果较好,而冲击碗与单墙单坝组合控流效果较差。提出了针对四流矩形中间包控流装置的优化设计方案。     

Flow Control in Six-Strand Billet Continuous Casting Tundish With Different Configurations

A 1∶2.5 scale tundish model was set up in laboratory for a six-strand billet continuous casting tundish with different configurations to investigate fluid flow characteristics under different operational conditions by measuring residence time distribution curves.It was found that minimum residence time,maximum concentration time and average residence time of the three strands on the same side of the tundish with the former configuration under normal operation,that is,six strands were open,were small and non-uniform and the tundish had large dead volume fraction.Vortexes easily formed on the liquid surface in the pouring zone of the tundish.The fluid flow characteristics in the tundish with the optimal turbulence inhibitor and baffles were improved and became less non-uniform among the strands.Vortexes were not found on the pouring zone surface in the optimal tundish.For non-normal operation,that is,one strand was close,it was important to choose which strand to be closed for maintaining flow characteristics of the rest two strands.It was found from this investigation that fluid flow characteristics in the optimal configuration tundish with closing strand 2 were better than those with closing strand 3 on the same side.     

Flow Control in Six-Straud Billet Continuous Casting Tundish With Different Configurations

 A 1:2.5 scale tundish model was set up in laboratory for a six-strand billet continuous casting tundish with different configurations to investigate fluid flowing characteristics under different operational conditions by measuring residence time distribution curves. It was known from the investigation that minimum residence time, maximum concentration time and average residence time of the three strands in the same side of the tundish with the former configuration under normal operation, that is, 6 strands were open, were small and non-uniform and the tundish had large dead volume fraction. Vortexes easily formed on the liquid surface in the pouring zone of the tundish. The fluid flow characteristics in the tundish with the optimal turbulence inhibitor and baffles were improved and became less non-uniform among the strands. Vortexes were not found on the pouring zone surface in the optimal tundish. Under un-normal operation, that is, one strand was close, it was important to choose which strand should be closed for flowing characteristics of the rest two strands. It was found from this investigation that fluid flowing characteristics in the optimal configuration tundish with closing strand 2 were better than those with closing strand 3 at the same side.     

薄板坯连铸中间包内抑湍器的模拟研究

控制中间包内钢液的合理流动对夹杂物的排除有重要影响,为此建立了模拟薄板坯连铸中间包流动情况的水模型。通过测定停留时间分布(RTD)曲线,研究了不同组合控流装置对中间包流体流动特性的影响。结果表明,结构及尺寸合理的抑湍器能延长水口响应时间及平均停留时间、提高活塞流区体积分数及降低死区体积分数;抑湍器与单坝组合的控流装置在控制流体流动方面效果极佳,而抑湍器与单墙单坝、单墙双坝组合的控流装置的控流效果不太理想。     

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。     

六流H型通道感应加热中间包的结构优化

摘要：为解决六流H型通道感应加热中间包原型死区比例大，各流一致性差，第3流和第4流钢水短路流的问题，通过水模拟实验对中间包流场进行优化，同时采用数值模拟对中间包温度场进行了模拟。结果表明，在中间包内添加挡坝或在V形挡墙上开导流孔均可改善流体的流动状况。与原型结构相比，优化后的A4方案（V形挡墙上开2个水平倾角分别为36°、44°，孔径105mm，距包底分别为170和510mm的导流孔）总体平均停留时间延长了165s，死区比例降低了23.95%，各流水口之间的最大温差仅为0-5K，一致性显著提高。     

包钢烧结合理利用巴西高硅混合粉实验

摘要：为解决六流H型通道感应加热中间包原型死区比例大，各流一致性差，第3流和第4流钢水短路流的问题，通过水模拟实验对中间包流场进行优化，同时采用数值模拟对中间包温度场进行了模拟。结果表明，在中间包内添加挡坝或在V形挡墙上开导流孔均可改善流体的流动状况。与原型结构相比，优化后的A4方案（V形挡墙上开2个水平倾角分别为36°、44°，孔径105mm，距包底分别为170和510mm的导流孔）总体平均停留时间延长了165s，死区比例降低了23.95%，各流水口之间的最大温差仅为0-5K，一致性显著提高。     

八流一体式中间包的钢液流动特性分析

以单流中间包停留时间分布曲线(RTD曲线)组合模型为基础,充分考虑中间包各流流量对流动特性的影响,提出一个适合多流中间包的RTD曲线分析模型。该模型使中间包各流所对应的短路流、活塞流、混合区及死区的体积分数之和为100%,有效避免了传统组合模型所导致的各流股对应区域的体积分数之和偏大(超过100%)的情况,使之符合客观物理现实。模型选用短路流、活塞流、混合区及死区体积分数的标准差,进行各流流动一致性判断。以此为理论依据,采用水模拟实验,结合正交设计实验方法,确定八流一体式中间包控流装置的最佳组合为:低孔挡墙+低挡坝+盆式湍流抑制器。