六流中间包夹杂物去除的物理与数学模拟实验研究

以某钢厂六流对称小方坯连铸中间包为研究原型,采用水力学试验和数值模拟相结合的方法研究多孔挡墙对中间包内夹杂物去除率的影响,并得到最优的中间包结构。实验结果表明,在中间包未添加多孔挡墙控流装置时,中间包夹杂物的去除率很小,水力学实验结果为61.51%,数值模拟实验结果为73.3%;采用优化后的30°多孔挡墙型挡墙后,中间包的夹杂物去除率得到明显改善,水力学实验结果为82.45%,数值模拟实验结果为83.0%,多孔挡墙的添加有助于中间包中夹杂物的去除。     

控流装置对中间包钢水流场和洁净度的影响

为研究控流装置对中间包内钢水流场影响,采用水模型和工业验证相结合方法针对某钢厂板坯连铸中间包进行优化。通过对不同控流组合中间包的优化得出,湍流控制器+下挡墙组合最优;通过对下挡墙的位置和高度的优化得出,下挡墙高300mm、距长水口距离1900mm为最佳方案。优化中间包后,钢液在中间包内平均停留时间由304.1s增加至342.1s,死区比例由18.5%降至8.4%。工业试验表明,采用优化后中间包,IF钢铸坯平均氧质量分数降低了16.8%,平均氮质量分数降低12.5%,铸坯10μm以上夹杂占比由8.6%降至6.1%。     

T型五流非对称连铸中间包内控流装置优化的水模拟实验

通过T型五流非对称连铸中间包水模拟实验,研究了控流装置对中间包内流体流动的影响。结果表明,结构合理的控流装置能够明显改善中间包内流体的流动特性,优化得出了中间包内控流装置的设计方案,为中间包内控流装置的设计提供了参考。     

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。     

小方坯连铸6流中间包结构优化水模型研究

针对小方坯连铸6流中间包,采用模型与原型1∶3的相似比,建立水模拟系统,对原型中间包内钢液的流场分布进行评估,并研究了不同多孔挡墙及湍流器对中间包内钢液流动特性的影响.结果表明,使用湍流器能显著降低钢液的湍流强度,减少对浇注区液面的冲刷.湍流器与改进多孔挡墙(Q)组合效果最佳,可以有效地改善中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水的洁净度.     

两流连铸中间包控流装置的优化设计

针对两流连铸中间包,采用数值模拟方法,研究了12种控流装置对流体流动特性的影响。结果表明:中间包内不设置控流装置时,出流水口的响应时间和峰值时间均较小;合理的控流装置设计可延长钢液在中间包内的平均停留时间,提高活塞流区的体积,降低死区的体积。通过对流场和RTD曲线的综合分析,湍流控制器+坝的控流效果最好,中间包的死区体积分数减少到16.51%,死区所占的比例大大降低,浇注区由死区占主导地位变为活塞流占主导地位;不采用湍流控制器的挡墙也得到较好的控流效果,死区体积分数减少到24.32%。     

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。     

6流中间包流场的数值模拟优化

采用CFD软件FLUENT对6流中间包内的流场进行了数值模拟,分析了6流中间包内的流场特征,以及有无C型挡墙的加入,中间包内流场的变化情况。模拟结果表明,C型挡墙的加入使6流中间包各流的流动更加均匀,有利于钢液温度和成分的均匀;C型挡墙的加入使6流中间包近流的平均停留时间增加,利于夹杂物的上浮去除。     

单流不对称中间包上下挡墙配合控流优化设计

以相似原理为基础,采用1∶2的水模型,研究了150 mm×1 268 mm板坯连铸单流不对称中间包内钢液的流动特征,通过对不同上下挡墙组合方式的研究,得出最优的组合方式,并与原型中间包的组合方式进行流场效果对比。结果表明,原型中间包控流装置的组合存在一些问题,通过正交试验得到上下挡墙的最优组合方案,优化后中间包的平均停留时间较原型提高了53.8%,包内的滞止时间较原型增加了13.75%,死区比例由41.20%降低至9.56%,活塞区比例增加11.33%,并且包内钢液的流动状态得到较大改善。     

改善六流中间包内流体流动特性的研究

通过六流方坯连铸中间包水模拟实验,研究了不同控流装置对其流动特性的影响。研究发现:中间包控流装置为原挡渣墙时,其控流效果较差。与原挡墙相比,中间包的控流装置改为新挡渣墙后,表征中间包流动特性的因素有了明显的改善。在新挡墙的基础上,对加稳流器和挡坝控流装置的控流效果进行了研究,发现加稳流器的控流装置极大地改善了中间包流体的流动特性。通过对比和分析几种优化实验方案对改善中间包流动特性的效果后,确定了最优方案。     

小方坯连铸中间包流场数值模拟与分析

为了研究不同形状湍流抑制器及不同种类开孔挡墙对中间包流场流动特性及温度分布均一性的影响,以10流小方坯连铸对称双中间包为研究对象,通过Fluent软件对单边5流中间包流场进行数值模拟分析。研究结果表明,湍流抑制器可有效降低注流区湍流的产生,且中间包挡墙的形状和开孔的调整对浇注区各流出口流场及温度场的变化具有较为明显的影响作用。根据数值模拟结果,通过计算云图及指标对比得出了适用于本中间包尺寸及外形条件下的优选控流元件,并由现场实际温度的测量进行了验证。     

通道式感应加热中间包挡墙优化的物理模拟

特种钢连铸对配备了通道感应加热技术的中间包内钢液均匀性和洁净度有着严格的要求。以国内某钢厂四流双通道感应加热中间包为对象,采用物理模拟方法对无挡墙、V型和八字型挡墙方案下中间包的流场和停留时间(Residence Time Distribution, RTD)曲线进行对比分析,从而获得最佳挡墙和导流孔结构。研究结果表明,使用八字型挡墙的中间包在平均停留时间和死区体积分数方面相比V型挡墙有很大的优势,其中最优方案为采用八字型挡墙两个导流孔的方案A2,其平均停留时间为707.7 s,死区体积分数为11.86%,方案A2相比原型中间包、V型挡墙四个导流孔的方案B1和B2、V型挡墙两个导流孔的方案C1和C2平均停留时间分别延长了223.4 s、122.1 s、117.2 s、85.3 s、68.4 s,死区体积分数分别减小了18.28%、15.24%、14.59%、10.64%、8.52%。     

Mass transfer controlled corrosion of baffles in agitated vessels

Abstract

The diffusion controlled corrosion of baffles in agitated vessels is studied by means of a model employing the diffusion controlled dissolution of copper in a solution of acidified dichromate. For this study, the impeller is a radial flow turbine with four blades, producing a radial flow pattern in the vessel. The variables studied were the baffle width, the impeller speed of rotation and the physical properties of the solution. It was found that the mass transfer coefficient of the diffusion controlled corrosion decreases as the baffle width increases, and that the baffles suffer less corrosion than the wall and the impeller of the agitated vessels. A general equation relating the variables studied to the rate of corrosion from the baffles was found in terms Sherwood, Schmidt and Reynolds numbers.     

平动式喷嘴挡板阀的分析研究

提出了平动式喷嘴挡板阀的概念，并对平动式喷嘴挡板阀的静态特性和液动力进行了分析。通过与旋转式喷嘴挡板阀的比较，指出该阀除了具有与旋转式喷嘴挡板阀一样的优点外，还具有抗污染能力强和稳定性好的优点。     

Optimization of flow control devices in a tenstrand billet caster tundish

The physical model of a ten-strand billet caster tundish was established to study the effects of various flow control devices on the melt flow. Before and after the optimization of the melt flow, the inclusion removal in the tundish was evaluated by plant trials. The physical modeling results show that when combined with a baffle, the turbulence inhibitor, instead of the impact pad, can significantly improve the melt flow. A turbulence inhibitor with a longer length of inner cavity and without an extending lip at the top of the sidewall seems to be efficient in the improvement of the melt flow. Various types and designs of baffles all influence the flow characteristics significantly. The "V" type baffles are better than the straight baffles for flow control. The "V" type baffle with four inclined holes at the sidewall away from the stopper rods is better in melt flow control than the one with one inclined hole at each sidewall. The combination of a well-designed turbulence inhibitor and an appropriate baffle shows high efficiency on improving the melt flow and an optimal proposal was presented. Plant trials indicate that, compared with the original tundish configuration in prototype, the inclusions reduce by 42% and the inclusion distribution of individual strands is more similar with the optimal one. The optimal tundish configuration effectively improves the melt flow in the ten-strand billet caster tundish.     

多路换向阀稳态液动力分析与结构优化

对于多路换向阀而言,稳态液动力过大会导致阀芯运动卡滞、换向阀操纵性下降。通过AMESim与Fluent软件联合仿真,发现稳态液动力峰值往往在阀口小开度时出现,且方向趋于阀口关闭;在阀芯复位过程中,稳态液动力在操纵力中最大占比为25.12%,阀芯在稳态液动力的影响下会获得过大的操纵力,破坏阀芯行程与复位弹簧力本身具有的线性关系。针对这种情况,基于流道改造法与特殊阀腔法,提出一种滑阀稳态液动力补偿方法,即在阀芯上设置一种挡流凸台。对改进后阀芯进行流场仿真分析,结果表明：凸台直径越大,降低稳态液动力的效果越明显,最多可以降低65.18%。但是过大的凸台直径会改变多路换向阀对应阀口的通流面积和水力直径,影响换向阀的压力特性,使得改进效果不理想。     

一个壳体零件的压铸解决方案

外形尺寸为240mm×166mm×130mm的电子壳体零件,要求组织致密,表面完整,并满足气密性要求。通过改变结构工艺、增加导流筋、四浇道改为两浇道以及更改零件局部壁厚等措施,成功开发出电子壳体压铸模具。     

中间包双板多孔挡墙流动控制去除夹杂物效果的模拟研究

为净化钢液、提高夹杂物在中间包内的上浮率,提出一种新型中间包挡墙流动控制形式——双板多孔挡场流动控制通过数值模拟方法结合水模型实验,对中间包内流体流动及夹杂物的传输行为进行了分析研究．结果表明,采用多孔挡场流动控制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     

Optimization of operating conditions and structure parameters of zinc electrolytic cell based on numerical simulation for electrolyte flow

The physical and mathematical model of an operating electrowinning cell was established, and the flow of electrolyte was numerically simulated by the commercial software Fluent. The results indicate that there are two circulations at the surface flow where part of electrolyte backflows to the inlet from the side of cell, and the rest flows directly to the outlet, and the separation of two circulations with opposite direction occurs at the 20th pair of anode-cathode. This phenomenon was observed in the real operation. The electrolyte flows into the space between anode and cathode from the side portion of the cell. Meanwhile, the interelectrode effective flow rate (IEFR) is put forward to describe quantitively the flow field characteristics and is defined as the ratio of electrolyte flow between the anode and cathode to the total flow area. The influences of structure parameters and operating conditions on IEFR, such as the inlet angle, the volumetric flow rate, the inlet position and the height of steel baffles were simulated. The inlet position has a significant influence on the IEFR and its optimal value is 0.9 m below free surface. The inlet angle should be in the range from ?10° to 10°. IEFR is in linear proportion with the volumetric flow rate, and the height of the steel baffle has little influence on the flow field.     

扫描云纹干涉法研究多孔NiTi形状记忆合金的微观形变特性

利用扫描云纹技术研究了多孔NiTi形状记忆合金在压缩状态下的微观形变特征．通过压缩变形过程中云纹密度和方向的改变分析了多孔合金孔壁边缘和心部应变场的变化．结果表明:多孔NiTi形状记忆合金的失效是由孔隙边缘的应力集中所引起的．在外加压缩载荷的作用下,多孔NiTi合金的孔壁边缘和心部除承受压缩应力外,还承受较大的剪切应力作用．在孔隙的尖角区形成了应力集中,并逐步产生裂纹．裂纹沿着与加载方向成45°角的方向向孔壁中心扩展,最终产生断裂．多孔合金断裂后在孔壁边缘区域产生很大的应变,而孔壁心部的应变较小,几乎没有发生塑性变形．最后结合云纹干涉的结果分析了多孔NiTi形状记忆合金的压缩行为特征．