宽厚板坯连铸中间包内控流结构优化水模实验研究

通过宽厚板坯连铸中间包水模实验,研究了不同控流装置对中间包内流动特性的影响。结果表明：带顶缘和不带顶缘的抑湍器均能明显提高活塞区的体积分数,且死区体积分数也有不同程度的降低;与带顶缘的抑湍器组合的中间包出口附近的挡坝设计参数对中间包内钢液的流动特性有影响;与带顶缘的抑湍器组合的墙坝间距有一个控制钢液流动特性的最佳值。通过实验研究,提出了优化的设计方案。     

南钢宽厚板坯连铸中间罐流场优化研究

建立了模拟宽厚板坯连铸中间罐的水模型和数学模型,通过水模和数模RTD曲线研究了不同的单墙双坝控流装置及抑湍器与单墙双坝组合控流装置对中间罐内流体流动特性的影响.结果表明,抑湍器与单墙双坝组合控流装置比单墙双坝控流效果好,但以NaCl溶液为示踪剂进行控流效果的模拟实验时可能会存在一定的误差.通过与数模对比,分析了其原因,提出了优化方案.     

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。     

通钢FTSC薄板坯连铸中间包控流装置的优化改进

借助水模试验,对通钢FTSC(Flexible Thin Slab Caster)薄板坯连铸中间包控流装置的形式、几何尺寸和位置进行优化改进。中间包的控流装置由原来的抑湍器、墙的单一组合优化为抑湍器、坝、墙的组合,生产实践中钢液流动特性有了明显改观,夹杂物总量减少50%以上,球状和大颗粒夹杂物等级明显降低,充分发挥了中间包冶金的作用。     

三流Τ型中间包内控流装置优化的物理模拟

通过三流T型连铸中间包物理模拟实验,研究了直挡墙、V型挡墙及其与抑湍器组合控流装置对中间包流动特性的影响。结果表明,直挡墙控流装置的控流效果优于无控流装置的中间包,但不如设计合理的V型挡墙控流装置;V型挡墙与挡坝组合控流装置（方案Ⅴ）的控流效果较好,在其基础上加入抑湍器后控流效果并不理想。因此,提出了针对三流T型中间包控流装置的优化设计方案。     

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。     

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。     

四流中间包控流装置优化的物理模拟

根据相似原理,针对某钢厂四流中间包建立1∶2.5的物理模型,模拟钢液在原包内的流动情况,并研究弧形开孔导流墙和弧形开槽导流墙对中间包内钢液流动的影响。水模实验结果表明,由于原包冲击区域较小,导致各流最小停留时间和峰值时间较小,死区比例较高,不利于连铸生产的顺利进行。中间包控流装置采用弧形开孔导流墙和湍流控制器优化后,中间包冲击区体积变大,对两端的控流能力增强,流体在中间包内的流动情况得到很大改善。优化后1、2流死区比例分别减少了12.3%、12.1%,平均停留时间分别提高39 s、52 s。     

加设控流装置的T型五流非对称中间包流动特性数值模拟研究

基于某炼钢厂非对称五流连铸中间包的技术改造,采用数值模拟技术对加设控流装置的连铸中间包内部速度场和温度场进行模拟计算,得到钢液停留时间分布(RTD)曲线.通过对无控流装置和加设控流装置的对比分析研究表明:设置合理的控流装置位置、小孔直径和开口方向的控流装置,能够明显改善中间包内的流动特性,使钢液的分配均匀,降低了死区的比例,有利于夹杂物的去除.     

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.     

涟钢二流板坯连铸中间包水模型研究

以相似原理为基础,建立1∶3的水模型,对涟钢二流板坯连铸中间包进行研究.结果表明,单纯的湍流控制器+挡坝,中间包活塞区体积偏小,死区体积偏大;挡坝开孔能使中间包死区减小,而不会产生明显的短路流;有利于改善中间包钢液流动的控流装置组合为挡堰+开孔挡坝+湍流控制器,得出了其具体位置;优化后的中间包平均停留时间由343 s延长至387 s,死区体积由20.0％下降至9.8％,滞止时间由61s延长至99 s.     

四流H型感应加热中间包控流装置设计

针对国内某特钢厂新上的四流H型双通道感应加热中间包,为改善中间包内流体流动状态,设计了倒八字型与V型两种控流装置。应用数值模拟的方法对两种不同控流装置下的中间包流场、RTD曲线、温度场进行了模拟。结果表明,倒八字型控流装置平均停留时间1 469.6 s,死区体积比5.83%,边部水口与中间水口的最大温差3 K;与V型控流装置相比,平均停留时间延长了41.9 s,死区体积相应降低了4.09%,边部水口与中间水口的最大温差减少了2 ℃。湍流抑制器+倒八字型控流装置设计能更好改善四流大方坯H型双通道感应加热中间包流体流动性。     

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。     

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。     

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.     

Optimization of flow control devices for a T-type five-strand billet caster tundish: water modeling and numerical simulation

The optimization of flow control devices(FCDs) for a T-type five-strand billet caster tundish was carried out by water modeling and numerical simulation. In water modeling experiments, flow characteristics of the bare tundish and tundish conf igurations with designed U-type baff les and a round turbulence inhibitor were analyzed using residence time distribution(RTD) curves. Mathematical models for liquid steel in the real plant tundish were established using the fluid dynamics software package Fluent. The flow field, the temperature field, and the RTD curves of liquid steel in the proposed tundish conf igurations were obtained. The results of numerical simulation and water modeling were validated with each other by the predicted and experimental RTD curves. The results of flow field and temperature field were used to ref lect the actual state of a real plant tundish and to choose the optimal FCD. Finaly, from the whole performance of the multi-strand tundish, the optimal scheme was determined by combining the results of water modeling and numerical simulation. With the optimal tundish equipped with U-type baffle with def lector holes and round turbulence inhibitor, not only was the flow characteristic of each strand improved, but also the difference of flow characteristics between multiple strands was smaller.     

模铸连浇中间包控流装置优化的水模实验

通过水力学模拟实验,优化了模铸连浇中间包控流装置。结果表明,安装控流装置,并将开孔设于挡墙下部正中间时,流体在中间包内的停留时间较长,死区体积最小,夹杂物上浮率也较高,而且不存在短路流。因此,经过控流装置优化,流体在中间包内的流场也得到明显改善,流动模式较合理,有利于钢中夹杂物的上浮去除,可以保证浇注大钢锭的质量。