五流T型中间包控流装置的优化

采用数值模拟的方法,研究了不同开孔挡墙的控流装置对五流T型中间包内钢液流场、温度场和夹杂物去除率的影响。结果表明:五流T型中间包添加控流装置之后,明显改善了中间包内的流场和温度场,且包内的死区范围减少,促进了钢液成分的均匀;中间包加开孔挡墙且孔向上倾斜45°,30μm的夹杂物去除率提高了11.5%,50μm的夹杂物去除率提高了9.1%,70μm的夹杂物去除率提高了5.8%,提高了钢液的质量。     

八机八流中间包内夹杂物运动行为数值模拟

采用数值模拟软件,选择多相流模型,模拟八机八流中间包内钢液,分析了夹杂物在中间包内钢液流动情况下的运动轨迹,探讨了50、100、150和200μm 4种尺寸夹杂物在钢渣界面的分布情况,定量化计算四种尺寸夹杂物在八机八流中间包内的去除率。结果表明,四种尺寸夹杂物进入八机八流中间包的含量均为0.01%,其去除率分别为6.5%、65%、71.25%、88.5%。表明大尺寸夹杂物更有利于去除,3、6号出口的设置有利于小夹杂物的去除,1、8号出口的设置有利于大尺寸夹杂物的去除。     

板坯连铸异型中间包卷渣水模型实验研究

为改善连铸板坯质量,通过水力学模拟研究了中间包内钢液的流动,并测量了在非稳定浇注条件下避免钢液卷渣的中间包内钢液的临界高度,确定了在中间包内设置抑湍器、坝和堰的混合控流方案。结果表明：中间包设置控流装置后,平均停留时间增加,有利于夹杂物的上浮;同时确定了中间包卷渣的临界高度。     

连铸中间包长水口位置对流场和夹杂物去除率的影响

通过对中间包流动过程测速及选择空心玻璃微珠模拟夹杂物,对1∶2的6流连铸中间包进行水力学模拟试验,研究了长水口位置改变对中间包流场、RTD曲线以及对中间包内夹杂物去除率的影响。结果表明,长水口与6个出口连线的垂直距离由800mm增大到1 000mm时,中间包注流区流场变化不大,活塞流体积增大,夹杂物去除率增大了28.76%,提高了中间包的冶金效果。     

单流中间包底吹氩气去除夹杂物的数值模拟研究

以宝钢特钢提供的单流板坯连铸机的梯形中间包为原型,在中间包结构内部加装吹气装置,运用FLUENT软件进行了气-液两相流动、热传输和夹杂物去除的数值模拟研究。结果表明,当吹气量为0.3 m~3/h,吹气位置距离入口1 700 mm时,中间包内钢水流动状态得到明显改善,钢液流动更加合理,增加了钢液在中间包内的停留时间,促进夹杂物的上浮去除,夹杂物的总去除率为66.9%。     

连铸中间包内夹杂物去除机理的水模型研究

通过选择乳状液滴模拟夹杂物和连铸中间包水模型实验,考察了控流装置、浇铸速度及夹杂物粒径对中间包内夹杂物去除行为的影响规律.结果表明:挡墙-挡坝组合控流去除夹杂物效果最佳,中间包内强湍流区夹杂物的碰撞、聚合以及向上和表面流速的增加是主因;中间包注流区加入冲击槽,虽然其流体流动特征发生改变,但对夹杂物去除率的影响并不显著;浇铸速度较高时,仅靠控流装置的优化已不能很好地改善夹杂物的去除效果.     

八流中间包内控流装置结构的数理研究

针对某钢厂8流无控流装置中间包,应用物理和数值模拟方法进行了控流装置的优化研究.数值计算获得的结论与物理模型实验结果相吻合.使用优化的控流装置,利于夹杂物的上浮去除,延长了钢液在中间包内的平均停留时间,有效减小了各流间的停留时间差和钢液温度差,死区体积由48.2%下降至5.6%,中间包内流体的流动特性得到改善.     

连铸中间包内流场与夹杂物运动的数值模拟

针对某钢厂方坯连铸中间包,应用数学模拟的方法进行了控流装置的研究,采用Fluent软件计算了中间包的流场、夹杂物的运动以及不同粒度、密度夹杂物的去除率。结果表明,中间包内设置一定的控流装置能够明显改善钢液的流动,提高夹杂物的去除率,尤其对小粒度夹杂物去除率的影响尤为显著。     

承钢板坯中间包结构研究

随着对钢质量的要求越来越严格,以及在钢包冶金方面的成功,已使人们不能再把中间包作为一个简单的容器使用,而是力争在中间包中进一步去除夹杂物,并防止钢液的再污染。中间包冶金有独特的理论特点和研究方法。作为一种连续操作的反应器,与转炉、电炉及钢包等间歇操作反应器的概念是不同的。中间包内基本的物理现象是钢液的流动,其他冶金过程包括钢液中夹杂物的去除、卷渣、温度和成分的均匀化等,都是流动的钢液中进行的。因此研究中间包内钢液的流动是中间包冶金的基础。承钢公司于2008年建成2机2流板坯连铸机,中间包容量45t,为了提高钢的清洁度,生产高质量产品,承钢对中间包进行控流装置试验,结合现场生产实际,优化设计中间包内部结构,从而保证中间包内死区比例小,以促进大型夹杂物的去除,延长钢液停留时间,促进温度和成分的均一,提高铸坯质量。     

中间包湍流抑制器挡片对夹杂物去除的影响

中间包内安装湍流抑制器,并在其底部设置旋度一致的挡片,能够使经长水口注入的钢液在中间包冲击区内形成一个旋转的速度场。中间包内夹杂物在旋转流场中受到向心力的作用向中心汇集,长大上浮而去除。为了研究中间包内湍流抑制器设置挡片对夹杂物去除的具体影响,建立水模型实验。在水模型实验中,设挡片大小及旋度两个参数,每个参数有3个变量。实验结果表明,实验组3(b)挡片宽高为28 mm×40 mm,旋度为30°时去除夹杂物的效果最好。     

高等级汽车板中间包冶金技术

高端汽车外板在后续轧制或冲压过程中发生夹杂缺陷的比例较高,为了进一步提高中间包冶金的效果,研究了中间包开孔挡墙对正常浇铸过程中夹杂物去除的影响。为了保证钢液洁净度一致,在中间包内一侧采用了不带孔的挡墙,另一侧采用了开孔型挡墙,浇铸过程中同时取中间包钢水及铸坯试样,并采用Aspex夹杂物自动扫描电镜进行分析。结果表明,正常浇铸时无孔挡坝有利于夹杂物在中间包内的上浮去除,有孔挡坝中间包内钢液流场存在短路流,钢液在中间包内停留时间短,夹杂物来不及上浮,随钢液进入到结晶器和铸坯中。因此,采用无孔挡坝中间包浇铸的钢液洁净度优于开孔挡坝中间包浇铸的钢液。     

过滤控流中间包流场及夹杂物去除的数值模拟

以60 t板坯连铸中间包为研究对象,采用雷诺平均方程、组分输送以及离散相模型分别计算了高拉速下中间包内钢液流场特征演变以及夹杂物运动轨迹和去除率。结果表明,采用多孔过滤控流装置后,10 μm的小夹杂物去除率提升了10%以上。与45°倾角过滤器中间包相比,55°倾角过滤器中间包的夹杂物去除率增加约5.3%,其顶部孔为水平方向,减小了卷渣与钢液裸露的风险。通过RTD曲线获得多孔过滤控流中间包的钢液停留时间缩短了30~50 s、死区体积比增加0.03%,但夹杂物去除率明显提高。因此,采用停留时间、死区体积比等宏观流场特征参数评估中间包内夹杂物去除效率的方法已不适应过滤控流装置中间包的开发研究,宜采用速度云图、夹杂物运动轨迹等微观分析方法评估其冶金效果。     

气幕挡墙对中间包流场和夹杂物去除的影响

为了减轻高钛含量下钢水连铸过程夹杂物产生的不利影响,建立了中间包流场、夹杂物运动及去除模型,考虑了气泡对夹杂物的吸附,重点研究了气幕挡墙及其安装位置对流场和夹杂物的影响。结果表明,小粒径颗粒在钢水带动下跟随性好,且自身浮力小,在无吹气情况下,1～10μm粒径的夹杂物去除率较低。当吹气流量为5 L/min时,Al₂O₃和TiN夹杂物的去除率均明显提高,在粒径范围1～10μm内,Al₂O₃的去除率为21.7%～34.6%,TiN的去除率为22.7%～33.14%。当气幕挡墙位于湍流抑制器和上挡墙之间时,由于钢液形成的回流速度大,夹杂物和气泡碰撞的概率增加,进而被气泡捕获的概率增加,更有利于夹杂物的去除。本研究为高钛钢连铸过程夹杂物去除提供了理论指导。     

不锈钢连铸中间包内夹杂物去除行为数值模拟

针对中间包连铸过程中夹杂物的存在易导致铸坯出现质量缺陷的问题,以不锈钢连铸中间包为研究对象,通过数值模拟方法研究了控流装置、夹杂物密度以及夹杂物尺寸等参数对中间包内夹杂物去除行为的影响规律。研究结果表明,在设置堰坝和湍流控制器中间包内,密度为2 700 kg/m3,粒径为5 μm的夹杂物去除率为63.32%,而150 μm的大尺寸夹杂物去除率可达到89.04%。当夹杂物粒径为10~50 μm,密度为2 700~4 500 kg/m3时,夹杂物密度对夹杂物去除率影响较小。无控流装置中间包时,夹杂物在顶渣层呈以中心纵截面对称的分布;设置堰坝中间包时,挡渣堰坝两侧出现了70 μm以上夹杂物密集区;设置堰坝组合湍流控制器中间包时,夹杂物主要被限制在中间包第一腔室自由液面,研究结果对于进一步发挥不锈钢连铸过程中的中间包冶金功能具有指导意义。     

钢水可浇性引起连铸机非计划断浇原因分析

对重钢炼钢厂因钢水可浇性原因导致的连铸机非计划断浇事故进行分析,认为主要原因是堵塞,包括钢水温度低水V1堵塞,钢包水口堵塞、中间包水口堵塞和中间包上水口碗部堵塞;其次是塞棒的异常侵蚀影响塞棒的控流。通过采取预防措施,铸机非计划断浇次数由1．8次／月降低至0．8次／月,钢种改判炉次由1．4炉／月降低至0．6炉／月,生产实践效果较好。     

中间包流场控制技术的进展

合理控制中间包的流场有利于促进钢液中夹杂物上浮、均匀钢液成分和温度。水模型试验和数值模拟是两种主要的中间包流场研究方法,各有优缺点应相互补充。数值模拟成本低廉速度快,但受限于边界条件的不确定性和湍流模型的局限性难以完全真实反映中间包内的流场。水模型试验能够较为准确地模拟中间包内流场,但无法准确模拟温度场、水口结瘤、覆盖剂和吹气等对中间包流场的影响。研究表明,湍流控制器对降低长水口钢液射流的湍动能、均匀钢液温度和成分、聚拢射流让其转向向上流动降低死区体积分数、延长平均停留时间和优化流场结构具有很好的作用。湍流控制器、堰、坝和导流挡墙合理组合,协同发挥的控流效果,优于单一控流装置的效果。合理调节堰与包底距离、挡坝高度、堰与挡坝距离、堰与出流口距离、挡坝开孔的个数、尺寸和角度,可以优化中间包流场,促进夹杂物去除。气幕挡墙对钢液进行气洗可以提高钢液洁净度。环形气幕挡墙解决了条形气幕挡墙夹杂物去除率低、且不稳定的问题,提高了夹杂物去除率。最后,中间包流场数学模型精细化,并考虑连铸过程中更多工艺与边界条件的影响是未来发展的趋势。对于中间包流场研究的特定问题,针对性设定优化指标,会使得优化研究工作事半功倍。水模型试验作为中间包控流技术的另一种重要研究手段,同样越趋精确化,不断有研究者以提高试验精度为目的在试验方法和测量原理上进行探索和创新。     

控流装置对四流中间包钢水洁净度的影响

为了研究控流装置对中间包钢水洁净度的影响,采用数值模拟和工业试验验证结合的方法对钢厂方坯连铸中间包进行优化。通过在原型中间包基础上增加U型挡墙,使得响应时间增加5 s,峰值时间增加371 s,改善了钢液在中间包内的短路流现象;平均停留时间增加53 s,死区体积分数减小4.1%,活塞区体积分数增加17.3%,改善了夹杂物上浮的条件;各流一致性水平也得到了提高。工业试验结果表明,在受钢区与浇注区之间增加U型挡墙,使得中间包钢液中夹杂物去除率增加了29.05%,中间包各个区域夹杂物最大尺寸最大可减小26 μm,铸坯上夹杂物去除率增加38.42%,铸坯上夹杂物最大尺寸降至16 μm以下。在中间包中使用U型挡墙,提高了钢水的洁净度以及铸坯实物的质量。     

双流T-型中间包的流场模拟及其控流结构优化

以北方某钢厂双流T型中间包为原型,在保持原生产节奏的基础上,设计了两种控流装置优化方案1与优化方案2。优化方案1即为在中间包注流区加入了一个导流隔墙,在隔墙上开两个直径为120 mm,倾角向上15°的导流隔墙孔来控制钢液的流动;优化方案2为在优化方案1的基础上,在距离中间包中心线两侧1 500 mm的地方各加一个高度为300 mm的挡坝。采用数值模拟与冷态水模拟相结合的手段,对3种中间包结构的流场进行了模拟研究。研究结果表明：对于双流T型双流中间包,无控流装置时,原中间包结构内存在较多短路流,不利于夹杂物的去除。相对于优化方案1与原包结构,优化方案2的死区体积分数降低到了9.4%,钢液平均停留时间明显增长并且中间包浇注区温度明显提高且分布较为均匀。因此,优化方案2更加适用于此钢厂的中间包结构。     

单流板坯中间包挡坝结构优化的数值模拟

以某钢厂单流板坯中间包为基础,采用数值模拟的方法对中间包挡坝结构优化前后钢液流场及夹杂物去除效果进行了研究。结果表明,挡坝优化后部分钢液通过斜上导流孔流出,减弱了钢水沿挡坝向上流动对液面产生的冲击,也避免了其沿包底直接流出形成的短路流。30°导流孔条件下中间包钢液平均停留时间最长,死区最小,流动状态最合理。当导流孔角度进一步增加,钢液流出导流孔后快速汇入挡坝后方的大环流导致停留时间减少。30°导流孔结构的夹杂物去除率相比于原结构提高约11%。当导流孔角度进一步增大,夹杂物去除率下降,但都略优于原始挡坝结构。新导流孔结构工业应用后,各类夹杂物评级结果均显著提高。