不同宽度H2结晶器流动、传热凝固行为对比

薄板坯连铸工艺的H2漏斗形结晶器可以生产宽度860～1 730mm的铸坯.对不同宽度H2结晶器内钢液流动、传热凝固行为进行研究,能加深了解H2结晶器内的冶金行为,并为H2薄板坯连铸设备制造及工艺参数优化提供指导.采用数值模拟技术研究拉速4.5 m/min时,宽度900、1 300、1 700mm结晶器内钢液流动、传热凝固行为.结果表明:结晶器宽度增加,流场变化显著,钢液自由液面近水口处波动加剧.不同宽度下,结晶器出口处铸坯坯壳厚度及其表面温度的差别主要体现在靠近铸坯窄边处.     

基于反算热流的结晶器内流动--传热--凝固耦合模拟

基于Navier-Stokes动量方程和湍流低雷诺数k-ε方程,综合考虑能量守恒和钢液凝固与糊状区对流动过程的影响,建立了描述结晶器内钢液流动、传热及凝固过程的三维耦合数学模型.以实测温度和结晶器反问题模型计算出的热流为边界条件,模拟计算了结晶器内钢水的流动、传热和凝固行为.钢液流动决定结晶器内的温度和热流分布,铸坯凝固受钢液流动和结晶器热流双重因素的影响.建立的模型以及由此得到的铸坯凝固非均匀特征可为进一步考察浇铸过程中纵裂和其他表面缺陷提供借鉴和参考.      

宽板坯连铸结晶器内钢水流动的数值模拟

以150mm×1600～3250mm宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了1个三维有限体积模型,对结晶器内钢液的流动进行数值模拟.研究了拉速、浸入深度、水口倾角、断面宽度等工艺参数对结晶器内流场和窄面冲击压力的影响.结果表明:随着拉速的增大,表面流速和钢液对窄面的冲击压力都显著增加,采用较大的水口倾角和浸入深度,可以抑制液面波动,减少卷渣.     

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°。     

宽板坯结晶器浸入式水口结构优化的数值模拟

以某钢厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用商业软件PHOENICS建立一个三维有限差分模型,模拟宽板坯连铸结晶器内钢液的流动分布.通过分析水口底型、倾角、插入深度等工艺参数对钢液面波动、流股对结晶器窄面的冲击力及涡心高度的影响,得出适用于宽规格结晶器的合理的浸入式水口.通过研究,为优化宽板坯结晶器内钢液的流场及浸入式水口的设计提供了科学依据.     

内冷却器-U形管对板坯连铸结晶器内钢水流动的影响

针对1 240 mm×200 mm板坯连铸提出了一种钢水内外复合冷却技术,即在“结晶器内设置内冷却器-U形管”,起到提高传热效率和改善钢液流动之目的。运用流体力学分析软件,就内外复合冷却结晶器内钢水的流动状态进行了数值模拟,发现内冷却器可以使结晶器内钢水的流动状态均匀,部分起到电磁制动之功效,有利于钢液中的夹杂物上浮。     

板坯连铸结晶器钢液流场的数值模拟和优化

用CFD三维计算软件,采用k、ε双方程模型在给定的数值计算条件下,对900 mm高的板坯连铸结晶器内钢液流场进行了数值模拟,研究结晶器工艺参数对结晶器液面湍动能和窄边冲击压力的影响。结果表明:对于断面尺寸为220 mm×900 mm的板坯结晶器,水口插入深度为180 mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1.6～1.8 m/min时,结晶器内钢液具有较好的流动方式。     

不同拉速下内外复合冷却结晶器内钢液流场的数值模拟

运用流体力学分析软件Fluent,对方坯连铸内外复合冷却结晶器内钢液在流场温度场耦合作用下的凝固状况进行数值模拟.讨论了拉速对结晶器内钢液流场的影响.分析模拟结果表明:在浇铸温度不变拉速不同的条件下,结晶器内钢液的流动方式很相似,也就是结晶器内一但形成了湍流流动,拉速对结晶器内钢液的流动方式的影响不是主要的.     

方坯连铸结晶器内钢液三维流场的数值模拟

针对方坯连铸结晶器内钢液的流动特征，建立三维有限差分模型，利用商业软件PHOENICS对方坯连铸结晶器内钢液流动进行数值模拟。通过计算，分析了直筒型浸入式水口插入深度对结晶器内钢液流场的影响，认为150mm的插入深度是较合理的设计方案。     

Φ150 mm圆坯结晶器电磁搅拌数值模拟研究

以结晶器电磁搅拌器为研究对象,建立了Φ150 mm断面结晶器电磁搅拌过程的电磁场与流场耦合的三维数学模型,并采用有限元软件进行求解。分别模拟不同条件下的结晶器电磁搅拌电流和不同电磁搅拌频率作用下钢液在结晶器内流动状态的规律。研究结果表明:随搅拌电流的增大,钢液的切向流速增加,上部环流区缩短,下部旋转流动区域上移并扩大,搅拌电流和频率对钢液流动的影响相反;在电磁搅拌过程中,电磁搅拌使结晶器内钢液产生旋转流动阻止过热钢液下移,减弱冲击深度,使热区明显的上移。     

板坯连铸结晶器内钢液表面流速的水模型研究

以承德钢铁厂板坯连铸结晶器为原型,采用1∶1的水模型进行试验,研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面结构及结晶器断面宽度等工艺参数对板坯结晶器内表面流速的影响。结果表明:拉速对表面流速的影响最大,随着拉速的提高,结晶器内钢液表面流速明显增大,当断面宽度为1 650 mm,拉速由0.7 m/min提高到1.4 m/min,表面流速由0.04 m/s提高到0.1 m/s;波浪面结构的浸入式水口表面流速效果最优。     

采用薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板的可行性分析

薄板坯连铸由于拉速高,结晶器容量小,结晶器钢水液面波动高度和表面流速显著高于传统连铸,因此容易造成保护渣卷渣,这是薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板钢种的主要困难所在。NUCOR、蒂森一克鲁伯等企业采用薄板坯连铸连轧工艺生产冷轧钢板的实践也表明,在表面质量方面与传统工艺产品尚有较大的差距。采用薄板坯连铸工艺生产优质冷轧钢种,应适当增加铸坯厚度,以降低拉速和增加结晶器对钢水流的缓冲作用,可采用120mm厚铸坯(结晶器出口),3m／min左右拉速。为了减少结晶器保护渣卷渣,应对中等厚度薄板坯连铸结晶器内钢水流动控制(SEN结构参数、SEN浸入深度、拉速等)、电磁制动、保护渣等开展深入的试验研究。     

GCr15钢大方坯结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究

摘要：为明确不同电磁搅拌条件对结晶器内钢液流动、传热行为的影响规律,对现场大方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的配置提供依据,采用ANSYS Fluent及Maxwell研究了320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢连铸过程中结晶器电磁搅拌工艺参数对结晶器内钢液温度场、磁场特性、注流冲击深度及液面波动的影响规律。研究结果表明,在M-EMS作用下,结晶器内钢液温度的耗散明显优于无电磁场作用工况,有利于改善结晶器内温度均匀性。注流的冲击深度随电流强度的增大而降低,而频率改变对钢液冲击深度影响不明显。当电磁搅拌电流强度一定时,随着搅拌频率增加,液面波动趋于平缓;当搅拌频率一定时,随着电流强度增加,液面波动变剧烈。对于320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢不同工艺进行工业试验,只改变结晶器电磁搅拌参数,从300A/2Hz调整到350A/3Hz,铸坯横截面中心碳偏析指数从1.06降低到1.01,铸坯纵截面中心碳偏析指数的平均值从0.98升至0.99,适合该钢种结晶器电磁搅拌工艺参数为350A/3Hz。     

1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场与温度场数值模拟

为研究连铸工艺参数对结晶器内部钢液的作用规律,对涟钢1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场和温度场进行了系统的数值模拟,研究了不同吹氩量(0～7 L/min)、不同水口浸入深度(110～150 mm)和不同拉速(0.9～1.2 m/min)对结晶器内钢液行为的综合影响。结果表明,随着吹氩量增加,自由液面的钢液流速和温度总体呈现降低的趋势;随着水口浸入深度增加,自由液面的钢液流速先降低后增加;随着拉速增加,自由液面的钢液流速增加;水口浸入深度和拉速对温度场的影响较小。当吹氩量为5 L/min、水口浸入深度为130 mm、拉速为0.9 m/min时,结晶器自由液面具有较小的钢液流速和湍动能,同时液面具有较好的温度均匀性。通过数值模拟研究,为合理选择结晶器相关工艺参数提供了理论依据。     

碳含量及连铸工艺参数对宽厚板坯结晶器热流的影响

对钢厂0.07%~0.18%C钢220~320 mm×1 800~2700 mm宽厚板的连铸过程进行了一年的在线检测与统计,研究了不同碳含量的钢种的拉速(0.65~1.2 m/min),钢水过热度(13~35℃),结晶器进水温度(27~35℃)和结晶器液位(775~810 mm)等工艺参数对结晶器铜板热流的影响。结果表明,浇铸220 mm板坯的结晶器热流随拉速增加而上升,但拉速>1.05 m/min时热流不再增大;对具有包晶反应的钢种,宽面与窄面热流随钢液过热度的增加而增大,但进水温度升高,热流降低;受包晶相变收缩的影响,浇铸0.13%C钢时结晶器热流最低。     

MCCR产线110mm薄板坯结晶器流场的数值模拟

摘要：首钢京唐MCCR产线是国内第一条多模式连铸连轧产线,薄板坯高拉速连铸是实现无头轧制模式的基础,结晶器内流场控制是决定薄板坯高拉速连铸的关键。采用VOF两相流模型研究薄板坯连铸结晶器内流场特点,采用插钉法测量实际生产过程结晶器弯月面流速,并与对应工况条件下模拟结果进行对比校验了模型准确性。通过薄板坯连铸结晶器内流场的数值模拟仿真,获得了薄板坯高拉速条件下结晶器内钢液的流动特征。研究了连铸拉速、2.种浸入式水口结构等因素对弯月面流速以及波高差的影响。结果表明：随着通钢量由3.4t/min增加至8.2t/min,采用四孔水口时,结晶器弯月面钢液流速由0.02m/s增加至0.30m/s,结晶器钢液面波高差由2.0mm增加至7.2mm;采用五孔水口时,结晶器钢液面波高差由0.25m/s增加至0.5m/s,结晶器钢液面波高差由2.6mm增加至17.0mm。高通钢量条件下（5.5~8.2t/min）,采用四孔水口更加有利于控制液面波动稳定性。     

280 mm×380 mm方坯连铸结晶器钢水流场的数值模拟

借助商业软件CFX4.4,对拉速0.8 m/min、两孔浸人式水口结构内腔中的钢水流动和(mm)280×380 ×800结晶器内70L(0.70%C)钢水流场进行了数值模拟。结果表明,侧孔倾角度10°、20°时,结晶器液面附近有二次漩涡出现,易造成卷渣;倾角30°时,液面相对平静;水口插入深度175~225 mm时,水口射流对结晶器钢水液面没有明显的冲击。     

160 mm×160 mm小方坯连铸结晶器内流场数值模拟

采用Fluent软件对断面为160 mm×160 mm小方坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以结晶器表面流速以及结晶器内钢液的流场状态为主要参考目标,模拟研究了160 mm×160 mm小方坯结晶器在不同拉速条件下相适应的水口浸入深度,并对数值模拟结果相应地进行了水模拟验证。结果表明,当小方坯结晶器的拉速为1.7 ～1.9 m/min、浸入深度为80～100 mm时,结晶器内流场较为适宜,不会因液面波动剧烈而造成卷渣等问题。研究结果为小方坯连铸结晶器制定合理的浇注工艺提供了理论指导。     

气体流量及水口底部形状对板坯结晶器内流场影响的水模型试验

采用1:1水模型研究了气体流量（010 L/min）和水口底部形状（凹底和尖底）对结晶器内流场的影响。在结晶器断面为230mm×1 200 mm,浇铸速度为1.6 m/min的模拟工况条件下,凹底水口其流体形态优于尖底水口;在结晶器液面波动稳定性方面凹底水口亦优于尖底水口;气体流量在08 L/min,使用尖底水口的流体其表面流速明显高于使用凹底水口的流体;对凹底水口而言,气体流量超过8 L/min,其流体表面流速低于0.2 m/s;120炉IF钢生产结果表明,使用优化的凹底水口和吹氩流量7 L/min,浇铸过程结晶器液面波动在±3 mm以内,铸坯夹杂物比优化前降低24%。     

Φ500 mm大圆坯连铸机的生产实践

20钢(0.19%～0.23%C)Φ500 mm铸坯的生产流程为70 t转炉-LF-VD-Φ500 mm大圆坯连铸机从机械设备和二冷参数等方面进行研究和优化第1次生产试验连续浇铸8炉20钢,采用的优化工艺包括使用专用结晶器保护渣,控制过热度25～35℃,拉速0.30 m/min,比水量0.14 L/kg,结晶器电磁搅拌400 A/1.5 Hz等。检验结果表明,铸坯表面无可见冷疤、鼓肚等缺陷,中心缩孔0.5级,中心疏松1级,碳偏析≤1.12,钢中氧含量≤15×10^-6,氮含量≤65×10^-6,达到设计要求。