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...     

侧孔长水口两流非对称中间包流场优化

 中间包流体流动直接影响连铸坯的质量,为了缩小非对称中间包两流之间的流动差异,利用水模型和数值模拟方法,研究了侧孔长水口中间包流体流动特性。研究结果表明：直通型长水口、圆形湍流控制器和单挡墙结构中间包两出口流体差异较大,侧孔长水口和多孔挡墙结构中间包两流之间平均停留时间差异是直通型长水口中间包的3/4,且近长水口侧出口的平均停留时间延长7.7%。     

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.     

中间包湍流控制器结构优化的水力学模拟

通过水力学模拟实验,研究了湍流控制器结构对中问包内流体流动特性的影响.结果表明:湍流控制器的结构埘巾间包流体流动特性有较大的影响.湍流控制器内腔形状为槽形,顶缘长度为30mm且其底部形状为平底时,流体在中间包内的斤始响应和平均停留时间最长,死区体积分数最小,活塞流与死区体积的比值最大,而且最有利于中问包内的夹杂物上浮去除.同时,相对于湍流控制器的内腔形状和底部形状,其顶缘长度对中间包内的流场影响最大.     

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。     

五流非对称结构中间包流动及传热特征数值模拟

为优化某钢厂非对称结构中间包内流体流动、均匀各流钢液温度、延长近水口平均停留时间,以达到提高铸坯质量的目的,对工厂原方案及两个优化方案进行流场、温度场及停留时间的数值模拟计算.结果表明无控流装置的原中间包流动及温度场分布不合理,优化方案有了明显的改善,并确定了最佳方案.     

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.     

连铸中间包湍流控制器水模实验研究

通过水模实验，研究了湍流控制器对连铸中间包流体流动的影响。合理结构的湍流控制器能够改善中间包流体流动特性，最小停留时间增加，活塞流体积提高，死区体积下降。实验观察发现，中间包采用湍流控制器后，在两块上渣堰之间的液面流动平稳，可以减少卷渣现象。     

优化连铸中间包控流装置的水模实验

对鞍钢第二炼钢厂板坯连铸中间包进行了控流装置优化的水模实验,发现结构合理的挡墙和湍流控制器能够明显改善中间包内的流体流动特性,使钢包长水口注流区上方的液面更加平稳,并且减轻钢包注流对耐火材料的冲刷与侵蚀.     

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。     

Mathematical and physical modeling studies of molten aluminum flow in a tundish

Quantitative velocity and turbulence measurements that were obtained using laser Doppler velocimetry during the course of the physical modeling of the molten aluminum flow in a tundish are presented. Laser sheet and surface powder visualization techniques were also used to provide qualitative understanding of the complex three-dimensional (3-D) flow regimes encountered in the tundish. The experimental findings are compared to the results obtained by the finite-element computational simulation of the flow, showing favorable agreement between the two approaches. Nonintrusive laser Doppler measurements revealed asymmetric velocity and non-isotropic turbulence field near the nozzle exit. In the vicinity of the nozzle, the interaction of the impinging jet and the inclined walls gives rise to vortex structures. Downstream of the nozzle, two counter-rotating secondary cells diminish in strength. The experiments indicate that the turbulence structure near the bottom of the tundish is isotropic, whereas nonisotropy dominates near the free surface. As flow turns through the bend, a separation region is created. The flow heading into the closed duct is observed to be nonsymmetric.     

双挡坝中间包内钢液的流动行为

通过采用水模拟和数值模拟分别对中间包不同结构进行全因素试验,研究了双挡坝结构对钢液流动行为的影响,着重探讨了不同类型的双挡坝中间包内钢液的流动状态和速度分布。结果表明:低坝应设置在高坝后,顶端钢液流速将减小29%,降低浇注末期发生卷渣的概率;低坝应与高坝流钢孔同高,钢液的平均停留时间可达到最大稳定值;高低坝距离差为40~160mm时,流体流动状态较稳定,低坝后无漩涡产生。分析认为:中间包入口区和出口附近均为强湍流状态,其他区域均为过渡流状态,入口区利于夹杂物的碰撞长大,应至少保证该区域长度大于中间包长度的1/4,出口区强湍流易产生大夹杂物导致水口堵塞,应控制在出水口附近0.25m的区域内。     

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。     

漩流中间包流场的数值模拟

采用CFD软件Fluent对漩流中间包内的流场进行了数值模拟,分析了漩流中间包内的流场特征,以及漩流室的加入,中间包内的流动形态.模拟结果表明,由于漩流室的加入使湍动能耗散主要集中在漩流室内部,有利于夹杂物的聚合长大;漩流室的加入可改善钢液的流动状态,利于夹杂物的上浮.由于入口位置的非对称布置,造成了漩流中间包内的流场在入口区呈明显的非对称分布,这些结果为进一步优化漩流中间包内漩流室的位置和中间包挡墙参数提供了理论依据.     

三流中间包流场的物理模拟试验

以莱钢特殊钢厂三流中间包为研究对象做水模拟试验,通过RTD曲线分析和流场观察,结合生产实际及应用的方便、可行性等因素,通过设置、改进挡渣墙、湍流抑制器以及各种挡渣墙与湍流抑制器的组合,试验设计了29组方案。结果表明,原型中间包的内部结构不合理,中间包流场存在严重的短路流、死区比例过大、各流滞止时间差大及夹杂物上浮困难等问题;1型挡渣墙+10°+垫底+4号湍流抑制器方案的中间包内流场结构比较合理。     

湍流控制装置的结构对中间包流体流动特性的影响

通过水力学模型实验，研究了不同结构的湍流控制装置对中间包流体流动特性的影响，结果表明，湍流控制装置的几何结构对中国包流体流动特性有明显的影响，方形无顶缘和圆形无顶缘的湍流控制装置对抑制钢包注流的动能作用不大，而方形带顶缘和圆形带顶缘的湍流控制装置能够较好地改善中间包流体的流动特性，本实验采用长宽比为1．44的矩形湍流控制装置，无论其是否带有顶缘，均难以改善中间包的流动特性。