4流连铸中间包钢水流场的物理数学模拟与应用

以某钢厂4流对称360 mm×480 mm方坯连铸中间包为研究原型,采用1∶3水模型试验和数值模拟相结合的方法研究不同控流装置对中间包内流场的影响,并得到最优的挡墙结构。结果表明,在中间包未添加控流装置时,2个水口停留时间很小,死区比例达到50.09%;采用优化后的Y型挡墙后,活塞区比例增大了14.22%,死区比例减小了32.49%,2个水口停留时间标准差较小。通过现场试验发现:中间包优化后,钢水w(T.O)降低45.61%,夹杂物总量从改造前的0.46 mg/kg降低到0.17 mg/kg。     

40t单流中间包控流装置的优化配置

采用水模型和工业验证的方法针对40 t单流中间包的控流装置进行优化配置研究.通过对单独湍流抑制器控流装置、湍流抑制器+下挡墙组合控流装置、湍流抑制器+下挡墙+上挡墙组合控流装置的研究表明,下挡墙在改善钢液流动形态和减少中间包内死区方面所起的作用大于上挡墙.平均停留时间随下挡墙与长水口的距离增加呈先增大后减小的趋势.确定了单流中间包以湍流抑制器+下挡墙的优化组合形式,死区比例由原来的25.9%降低到了13.6%.通过系统取样分析发现优化后中间包内T.O和N含量大幅降低,正常坯中的大型夹杂物质量分数也由原来的8.4×10-7降低到3.2×10-7.      

薄板坯连铸中间包控流装置的数理模拟

采用水力学数理模拟的方法,研究了不同尺寸和安装位置的控流装置对马钢薄板坯连铸中间 包流动特性的影响。结果表明：中间包在无流动控制时,存在明显的短路流及较大死区;西马克公司提供的控 流装置其平均停留时间小,死区较大,实验效果并非最佳;改进后的优化方案使中间包内示踪剂开始响应时间 为无控流装置下的2倍多,平均停留时间由264.0s 增加到301.4 s,死区由无控流装置的25.54%降低到 15.39%,中间包的冶金性能有了明显改进。     

小方坯五流对称中间包流场优化与应用

针对铸坯中非金属夹杂物超标的问题,以某钢厂五流对称150 mm×150 mm方坯连铸中间包为研究原型,采用数值模拟的方法研究不同控流装置对中间包内流场的影响,并得到最优的挡墙结构。结果表明,原型中间包存在停留时间短,死区比例大,持续流动的钢液对中间包包壁冲刷侵蚀的问题;采用优化后的U型挡墙后,停留时间延长了257.11s,死区比例减小27.31%,且各水口均匀性明显改善。现场试验发现:中间包优化后T[O]含量降低45.81%,大颗粒夹杂物含量明显降低。     

八流小方坯连铸中间包的数值模拟

针对八流小方坯连铸T形中间包,利用钢水流动、传热、传质的三维数学模型对其控流方案进行优化设计,对比分析不同控制装置下的钢水流场、温度场和停留时间分布(RTD)特征。研究结果表明:无控流装置时,中间包内存在短路流,死区较大,流动很不均衡,近流与远流的钢水停留时间和温度都相差较大;现用控流方案消除了短路流,减小了死区,但流动均衡性基本没有得到改善;优化方案比现用方案有了进一步的改善,各流停留时间相近,温差大幅减小,流动均衡性大大改善。     

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。     

板坯连铸双流73 t中间包控流装置优化的水模型研究

根据相似原理采用1:3水模型研究了238 mm×1 500 mm板坯双流连铸73 t中间包不同控流装置对流场的影响,以便得出最佳控流组合及优化的挡墙位置和高度。结果表明,采用双层湍流抑制器和下挡墙配合使用是双流中间包控流的较优组合,当下挡墙位置在模型中距长水口685 mm,高度为152 mm时,平均停留时间相对原型中间包延长了53.5 s,死区比例由27.9%减小到13.1%,较好地改善了中间包内流体的流动形态,有利于均匀钢液温度和夹杂物上浮去除。     

多流中间包钢液流动特性分析方法

中间包水模型实验一般采用脉冲刺激-响应实验,分析所得平均停留时间分布(RTD)曲线特征;然而经典组合模型处理多流中间包RTD曲线时经常出现负体积死区分率或结果偏差较大的问题.本文基于组合模型,采用阶段刺激-响应实验,分析所得累计停留时间分布F曲线特征,对死区比例和活塞区比例进行计算.该模型计算方法适用于多流中间包的流场特征计算.基于累计停留时间分布曲线特征分析,对某钢厂七流中间包控流装置结构进行优化,优化后的中间包死区比例降低,各流差异减小,有利于生产顺行和铸坯质量的提高.      

板坯连铸38 t扩容中间包控流装置优化的数值模拟和应用

通过数值模拟,对钢厂250 mm×2 000 mm板坯连铸原29 t扩容至38 t中间包进行控流装置优化。研究了挡墙、挡坝的个数和位置对中间包内钢液流场及停留时间分布(RTD)曲线的影响,综合考虑了中间包冶金效果及生产成本,为现场提出了稳流器+挡墙+挡坝控流装置的最优设计方案,该方案使中间包活塞区比例达到77.1%,死区比例降至4.2%。现场采用该结构后非稳态浇铸期间生产的管线钢非金属夹杂物合格率由88%提高到95%,明显提高了中间包的冶金功能。     

四流大方坯连铸中间包的物理模拟研究

针对近T型四流大方坯连铸中间包设置合理的控流装置问题,采用水力学模拟实验的方法在等温和非等温条件下分别对“V墙＋坝”和“湍流器＋坝”两种方案进行了正交优化实验。实验结果表明,该中间包在无控流装置时存在短路流,死区较大;“V墙＋坝”1#方案能明显改善中间包内流场,使死区体积减小,活塞流体积增加,温度分布较均匀;“湍流器＋坝”方案对流场也有一定程度的改善,但仍然存在短路流和较大死区,流场和温度分布不均匀。     

六流矩形坯连铸中间包结构优化的水模型研究

通过六流矩形坯连铸中间包的水模试验,研究了不同控流装置对其流动特性的影响。研究结果表明,稳流器和多孔挡墙能明显改善各流流动特性的一致性,在此基础上加设方形孔挡墙能有效减小死区体积。合理的中间包组合控流装置为稳流器＋多孔挡墙＋方形孔挡墙。     

六流小方坯中间包堵流浇注的数值模拟研究

在连铸生产中,时常会因钢水供应不足或设备故障对生产节奏调配而进行堵流操作.以某厂六流小方坯中间包为对象,采用数值模拟的方法,研究了其在堵1流和堵2流浇注的情况下的流场和温度场及夹杂物的去除率,来确定最佳的堵流操作,为现场生产提供理论指导.结果表明,堵1流和堵2流情况下,随着堵流从边缘靠近冲击区,中间包整体平均停留时间分...     

非对称控流结构中间包流场一致性的物理模拟

国内某钢厂使用的两流板坯连铸中间包因受固定位置排渣口的限制,包内控流装置采用左右不对称布置。生产实践发现,排渣口侧的水口对应铸坯大型夹杂物含量高、热轧卷探伤合格率低,疑与中间包流场的一致性有关。为此,采用1∶3.5的水模型对中间包流场进行了模拟研究,并基于流体动力学原理对其控流效果进行了优化。结果表明,原型中间包两个水口的滞止时间差高达36 s,钢液在排渣口侧的1号水口形成短路流,因而导致两流铸坯洁净度的差异。经水模优化后,方案F1下两流平均停留时间标准差和滞止时间标准差分别可降到0.12和0.35 s,明显改善了中间包内两流浇铸流动特性的一致性,且死区比例较原型降低8.87%、平均停留时间延长了30 s。     

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。     

非对称中间包稳态浇铸与换包操作的冶金效果

??To rationally assess and optimize the metallurgical effect of an industrially used three- strand asymmetric tundish?? the mixing characteristics of molten steel with different tundish configurations were investigated by residence time distribution??RTD??curves based on the analysis of fluid flow and temperature distribution at four flow control schemes?? and the behavior of the tundish level was tracked by employing volume- of- fluid??VOF??model. The fluid dynamics behavior of the tundish was studied in term of both steady and unsteady service situations with and without fluid flow control devices?? which made it possible to assess comprehensively the metallurgical effect of the given tundish. The results show that the flow control effect of bare tundish is weak. It is observed that there are distinct short- circuit flow and large proportion of dead zone?? together with the non- uniform temperature distribution and the flow state discrepancy among the three strands?? which will accordingly lead to the quality difference of the bloom castings. The improvements on the fluid flow characteristics and the temperature distribution have been observed in tundish with the combined application of baffles and turbulence inhibitor. The proportion of dead zone is decreased by 13. 28%?? the temperature difference is only 0. 5K among three outlets?? along with an improved fluid flow consistency. Additionally?? studies also show that this arrangement may have large steel level velocity and level fluctuation during ladle change period. That is likely to bring about exposure?? reoxidation and even slag entrainment of molten steel. Attentions should be paid to the control of the ladle change interval?? inlet flowrate and the moment height of liquid level.     

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%。     

三流中间包结构优化物理模拟

通过物理模拟的方法对某钢厂三流中间包进行结构优化。结果表明，原型中间包由于挡墙正前方开有小孔，易导致短路流现象的发生。此外，导流孔倾角小且其方向正对边部水口，导致钢液直接从边部水口流出，停留时间较短，死区比例也高达41.08%。对原型中间包导流孔进行优化后，最优方案“U9 T1”的流体停留时间由原型的346.50延长至451.83 s，死区比例降至22.29%，降幅高达45.74%。这有利于中间包内体积利用率的提高，对实际生产具有重要指导意义。     

二流T型23 t中间包控流装置的数值模拟和结构优化

通过计算流体力学软件FLUENT建立的数学模型对钢厂200 mm×1 600 mm铸坯二流T型23 t中间包现挡墙和坝、湍流控制器和坝、湍流控制器和现挡墙以及新挡墙4种结构方案进行三维数值模拟,研究原中间包及安装不同控流装置后的钢水流动特性。结果表明,在所有的设计方案中安装有湍流控制器和坝的中间包能够达到最佳优化效果;中间包的死区体积分率由30.18%降到16.51%,活塞流区与死区的体积分率比R_Vp/Vd由55.80%增大到129.44%;中间包内流动稳定,有利于夹杂物的上浮。