宽规格板坯连铸结晶器浸入式水口的数值模拟

利用Fluent计算软件建立三维数学模型对马钢板坯连铸结晶器内钢液的流场和温度场进行数值模拟研究,并进行正交试验,分析了水口浸入深度(150～190 mm) 、水口侧孔倾角(-10°～-16°) 、水口侧孔与中孔的截面积比值(2,2～3.2)对拉速0.9 m/s,230 mm×1800 mm结晶器内钢液流动的影响。研究结果表明,水口浸入深度和倾角对结晶器液面波动F数和凝固坯壳厚度的影响较为显著。对于浇铸断面230 mm×1800 mm的结晶器浸入式水口的最佳工艺参数为:浸入深度170 mm、水口侧孔倾角13°、侧孔出口与中孔面积比2.7。     

矩形坯结晶器自由液面模拟及水口结构优化

以某公司矩形坯连铸机结晶器为研究对象,利用数值模拟和物理模拟相结合的方法,对结晶器内自由液面流动和流场进行系统分析,分别研究不同出口面积比、不同浸入深度、不同水口倾角等条件下结晶器内钢液流动状态,并对相应的工艺参数进行优化。结果表明,对于断面为150 mm×440 mm的矩形坯,最优的结晶器浸入式水口出口面积比为2.42,内径30 mm,侧开孔角度25°。     

浸入水口对结晶器内温度场的影响

通过对南钢板坯浸入式水口侧孔出口角度、开口面积及150 mm×3250 mm结晶器内温度场进行的数值模拟,分析了浸入口角度、开口面积、插入深度、拉坯速度等因素对于结晶器内温度场的影响。     

板坯连铸结晶器内钢水流场和传热凝固数值模拟

 以鞍山钢铁集团公司中薄板坯连铸机为研究对象，利用商业软件CFX44对结晶器内钢水流场和传热凝固进行了数值模拟，主要研究了三孔浸入式水口的冶金特征及其对结晶器内钢水流场和温度场的影响。结果表明，采用三孔浸入式水口可以优化结晶器内钢水流场和温度场，稳定坯壳发育和成形，防止拉漏。     

大方坯连铸结晶器内钢水流场的数值模拟

 采用数值模拟的方法对大方坯结晶器内钢水流动过程进行了理论计算和分析，评估了浸入式水口结构对结晶器综合冶金效果的影响，并讨论了有关工艺参数与浸入式水口结构参数的关系。结果表明，浸入式水口结构及其工艺参数对结晶器内钢水流场分布及湍流粘度分布影响显著。     

大方坯连铸结晶器浸入式水口结构优化

通过物理模拟实验,测定所设计的系列水口在不同工况条件下,结晶器内液面波动、冲击压力及保护渣覆盖情况,经优化后,找出较佳水口;再应用流场计算软件FLUENT及水力模型,对所选水口进行结晶器内钢液的流场和温度场特性分析,优选出适合大方坯连铸工艺的浸入式水口结构形式,并在生产中得到了验证.     

薄板坯连铸十字出口形浸入式水口结构优化的水模型研究

针对150 t钢包、28 t中间包、60 mm薄板坯连铸的生产条件,采用正交设计的1:2水模型实验,通过测量结晶器液面波高和注流冲击深度,研究了十字出口形浸入式水口出口面积比(2.0～2.4)、出口倾角(15°～35°)、浸入深度(210～270 mm)和拉速(4.0～5.0 m/min)对结晶器流场的影响。结果表明,十字出口形浸人式水口最佳结构为出口面积比2.4,出口倾角25°,在浸入深度240 mm时,可以满足高拉速生产要求。     

水口类型对大方坯连铸结晶器内流场和温度场的影响

利用Fluent流体力学软件对直通式、侧二孔式、侧四孔式浸入水口对大方坯连铸结晶器内钢水流场和温度场进行了数值模拟.结果表明,从流场来看,直通式冲击深度最大,侧二孔式次之,侧四孔式最小,侧四孔式水口在结晶器内钢水能形成上、下两个回流,其下回流涡心较直通式水口从590 mm上移至270 mm,有利于夹杂物的上浮.从温度场来看,侧二孔式和侧四孔式较直通式水口使结晶器内热中心明显上移,且其弯月面钢水温度比直通式分别提高了6 K和4 K,有利于保护渣的熔化.     

FTSC薄板坯连铸结晶器流场数值模拟

利用商业软件GAMBIT和FLUENT，针对FTSC薄板坯连铸结晶器，建立三维有限体积模型，用来描述结晶器内钢液流动特征。在此基础上，分析了浸入深度、拉坯速度以及水口倾角等参数对结晶器流场的影响，为FTSC薄板坯连铸结晶器相适应的浸入式水口结构尺寸优化提供参考。     

板坯连铸结晶器内流场的水模型实验研究

通过在实验室进行水模实验,模拟了现场生产时结晶器内钢水的流场分布情况。重点研究了水口浸入深度、结晶器宽度、拉速和水口偏转角度对结晶器钢液流场和液面波动的影响,分析了浸入式水口参数变化在实际生产时的优缺点。通过选择合适的目标拉速和浸入深度,有利于减少结晶器卷渣和铸坯夹杂,降低卷渣漏钢的危险。     

水口倾角对150 mm x380 mm矩形坯结晶器流场的影响

为减少矩形坯角裂、漏钢等缺陷,提高铸坯质量,进行改变浸入式水口出口倾角角度以优化结晶器流场的研究。通过Fluent软件,对150 mm×380 mm矩形坯结晶器钢液流动和凝固耦合过程进行数值模拟,得出水口倾角（15°~30°）对表面流速、表面湍动能和冲击深度的影响。结果表明,随水口倾角增加,平均表面流速下降,冲击深度增加,有利于稳定液面;但随倾角增加,液面波动小,不利于钢液搅拌和夹杂物去除,下部回旋区过低,坯壳变薄,容易产生漏钢;综合得出,150 mm×380 mm铸坯的水口倾角宜为25°。应用结果得出使用优化水口后,铸坯中夹杂物总数减少36%。     

厚板坯连铸结晶器流场数值模拟

针对鞍钢新轧钢第一炼钢厂厚板坯连铸结晶器建立了三维湍流数学模型和三维实体模型.应用有限元软件对厚板坯连铸结晶器内的流场进行了模拟,计算了铸机拉速、浸入式水口出口倾角和水口浸入深度等工艺参数对结晶器内钢液流动的影响.对比表明,数值模拟结果与水模实验结果相符.     

宽板坯连铸结晶器内钢液流动的数值模拟

结合水模型实验,应用商业软件Phoenies模拟230 mm×2 000 mm连铸坯结晶器内钢液流场。研究了浸入式水口底型、插入深度、出口倾角等工艺参数对钢液面波动及流股对结晶器窄面冲击力的影响,并用水模型实验进行验证。结果表明,合理的浸入式水口结构尺寸和工艺参数为:凹底结构、插入深度120 mm、倾角15°。     

中厚板表面夹渣缺陷分析与研究

通过对夹渣缺陷处夹杂物的扫描电镜分析,铸坯皮下夹渣的产生原因是结晶器流场不合理,保护渣随结晶器内钢液流动卷入铸坯所致。通过改进浸入式水口形状、尺寸,优化浸入式水口插入深度,优化结晶器保护渣理化指标等工艺措施,可以有效减少连铸坯夹渣类缺陷。     

Three-dimensional analysis of molten steel flow in slab continuous casting mould with rotated ports in submerged entry nozzle

Abstract

The purpose of this study is to develop a three-dimensional (3D) analysis system capable of analysing the flow field of molten steel in the slab continuous casting mould with rotated ports in the submerged entry nozzle. The ultimate goal is to obtain the optimal design for the entry ports of the submerged nozzle, which can introduce favourable flow patterns to remove non-metallic inclusions and avoid entrapment of molten slag and casting powder to produce steel slab of high cleanliness. In this study, a computational fluid dynamics technique, Sola-Surf, is employed to conduct the 3D fluid flow analysis. The technique has the capability of treating fluid flow problems with a free surface that slightly vibrates. The slightly vibrating free surface presents fairly accurately the behaviour of the molten slag–casting powder layer in the continuous casting mould. The developed simulation system is then tested on a slab continuous casting mould to analyse the fluid flow behaviour of molten steel under various nozzle designs. The design conditions include submerged depth of the nozzle, tilted angle of the nozzle port, and rotated angle of the nozzle port. The results of the simulations show that of the various design factors rotation of the nozzle entry ports has the greatest effect on the flow pattern. It can prolong the residence time of the molten steel and stabilise the molten slag–casting powder layer, which is very favourable for obtaining continuous casting slag of high cleanliness.     

板坯连铸结晶器钢液流场的数学模拟

用Fluent流体力学的三维计算软件 ,运用湍流脉动动能κ方程和湍流脉动动能散耗率ε方程的κ-ε双方程模型在给定的数值计算条件下 ,对板坯连铸结晶器内钢液的流场进行了模拟研究 ,结晶器钢液流场的基本特征为 :在结晶器出口方向存在一个速度较快的水平流 ,其冲击到结晶器壁时形成回流 ,把结晶器内钢液分割成上下两个回流区。通过数值计算得出 ,1250 mm × 200 mm板坯结晶器水口合适插入深度为 175mm ,出口倾角 16°～18°和合适拉坯速度为 10～12m/min。     

H型钢连铸质量缺陷和浸入式水口结构优化的数值模拟

研究的H型钢Q235(/%:0.06c,0.30si,1.60Mn,0.010P,0.003S,0.025Mo,0.40Ni,0.017Ti,0.15Cu)由80 t LD-LF-喂硅钙线-28 t中间包-430 mm×300 mm×85 mm H型连铸一热轧工艺生产。由于H型铸坯易产生纵裂纹缺陷,根据H型连铸坯采用直通型浸入式双水口浇铸的实际工艺参数建立数学模型,采用流体有限元软件CFD进行结晶器流场和温度场分布汁算,得出直通型双水口浇铸时,熔池冲击深度大,不利夹杂上浮;液面得不到足够热量补充,导致坯壳过早凝固,不利于化渣。数值模拟结果表明,改用三侧孔水口进行浇铸,避免了直通型水口的不利因素,流场和温度场分布合理,可降低漏钢事故和裂纹发生的机率。     

八钢板坯连铸中包浸入式水口结构的优化

总结了板坯连铸结晶器浸入式水口对结晶器流场的影响,通过数学模拟及现场大量试验。选定了适合八钢板坯连铸现场条件的浸入式水口,解决了结晶器角部扰动的问题,提高了板坯质量。     

浸入式水口烘烤的温度场分析

分析了不同烘烤装置和烘烤方法对浸入式水口预热的影响,运用有限元技术对浸入式水口抽风式预热烘烤的瞬态传热过程进行了研究,得出了水口预热后的温度场云图和水口关键点的温度.研究表明,当烘烤装置取小型尺寸,抽风口处于高位,加大抽风流量,中间包加热30 min后打开塞棒,能有效提高浸入式水口预热温度.