连铸中间包挡墙设置优化的数学模拟研究

根据某厂连铸中间包的结构和操作工艺参数,采用数学模拟的方法研究了连铸中间包的钢水流动过程以及停留状况。文中采用PHOENICS软件进行了模拟计算,分析比较了不同挡墙设置下的钢液流动的速度矢量图以及RTD曲线。结果表明：上下挡墙位置以及间距对中间包内钢液流动特性有较大影响。     

中间包底吹氩行为的数值模拟

 根据某钢厂连铸中间包的实际操作参数，采用欧拉两相流模型，气体入口边界条件按照多孔介质进行处理，利用CFX软件模拟计算了底吹氩中间包内钢液的流场。结果表明:底吹氩气技术代替上挡墙或下挡墙2种情况下，注入区钢液混合加剧，有利于夹杂物碰撞长大。浇注区靠近液面处速度提高易引起卷渣。当采用湍流控制器、上挡墙、下挡墙、底吹氩技术时，吹氩位置对钢液流动的影响较大，当在湍流控制器和上挡墙之间吹入气体时，钢液的流动特性有利于夹杂物的上浮去除。     

小方坯连铸中间包流场温度场的数值模拟研究

采用湍流理论,建立中间包温度场的数学模型,计算获得了昆钢7^#小方坯连铸中间包耦合的流场及温度场,并研究了中间包在设置挡墙前后钢液流动及传热行为的变化。流场计算表明,使用合适的挡墙,钢液在中间包的停留时间变长,各水口处钢液的流动模式趋于一致;温度计算表明,设置挡墙后,各流钢液温度差异明显缩小。     

大方坯中间包控流装置及冶金效果的研究

以某炼钢厂五流大方坯连铸中间包为研究对象,采用数值模拟方法,研究不同控流装置及操作参数下的中间包内钢液流动特性。研究结果表明,设计结构合理的湍流器、挡墙和挡坝组合的中间包结构,对钢液流动状态具有重要影响,可延长中间包内钢液停留时间,达到去除夹杂物和均匀各流钢水温度的冶金效果。优化后的中间包结构能够更好地满足高品质特钢质量的要求。     

中间包结构对钢液流动及夹杂物去除的数值模拟研究

依据河钢集团唐钢新区72 t中间包建立三维数值模型，讨论对比了不同中间包结构包括湍流抑制器、挡墙和挡坝对钢液液位波动、速度分布、停留时间以及夹杂物上浮去除的影响。钢液湍流运动通过求解Realizable k-ε模型实现，钢液停留时间通过求解浓度标量方程(User-Defined Scalar, UDS)实现，夹杂物上浮去除则通过求解离散相模型(Discrete Phase Model, DPM)得到。结果表明，带檐湍流抑制器和开口湍流抑制器下中间包上水口附近的液面波动较大，是不设置湍流抑制器的情况的3～4倍；而带挡板湍流抑制器下钢液在挡板之间形成循环流动，液位波动较小，甚至小于无湍流抑制器的情况；中间包内挡墙和挡坝同时存在时增加了钢液在中间包的移动距离，有利于夹杂物的上浮去除；在目前条件下，挡墙和挡坝分别距离中间包宽度中心1 060 mm和2 000 mm时钢液平均停留时间较长以及夹杂物上浮去除率较高。     

气幕挡墙中间包仿真优化及其冶金效果

根据水钢炼钢厂150 mm×150 mm六流连铸32 t中间包的结构操作工艺参数,采用数模仿真法研究了气幕挡墙技术对中间包内钢液流动特性及夹杂物去除的影响,并对HPB235和65钢进行了工业试验。结果表明,气幕挡墙可以有效改善钢液的流动状态,均衡各出口停留时间,有效延长钢液的平均停留时间,降低死区体积,提高夹杂物去除率。该技术适应多流中间包纯净钢冶炼的需求。     

三流中间包内控流装置优化

通过1∶2模型实验和数值模拟,研究了设置弧形挡墙中间包内钢液流动的特性。水模实验结果表明:弧形挡墙中间包各流平均停留时间比原型中间包提高了一倍,弧形挡墙中间包各流之间平均停留时间最大差异比原型中间包降低了5s。数值模拟结果表明:相对于原型中间包,弧形挡墙的中间包内的钢液流经路径较复杂、停留时间更长,夹杂物有足够时间碰撞聚合去除。水模实验与数值模拟研究结果一致。     

板坯中间包等温钢液流动的物理模拟与应用

为了适当延长钢液在中间包停留时间,以尽可能多地去除钢液中的夹杂物,使中间包的温度及成分更加均匀;为了减少中间包的死区,保证中间包内部有合理大小的全混区和柱塞流区,通过优化中间包的上挡墙及坝的结构参数,提高中间包的利用效率.以酒钢板坯连铸中间包为研究对象,按1:3的比例建立了从钢包、长水口到中间包、水口的钢液流动的水力学模型.通过对水力学模型RTD曲线的测量,得到了中间包的滞止时间、停留时间及峰值时间,通过对这些时间的相应计算,对目前使用的中间包结构进行了优化.     

气幕挡墙中间包数理模拟及实践

根据武汉钢铁股份有限公司炼钢总厂三分厂二流板坯连铸中间包的操作工艺参数,采用数学与物理相结合的模拟方法,对比研究了气幕挡墙技术对中间包内钢液流动特性及夹杂物去除的影响,并根据研究结果进行了工业试验.研究结果表明:采用气幕挡墙技术,可有效地改善钢液的流动状态,延长钢液的平均停留时间,降低死区体积,提高夹杂物去除率,适应超纯净钢中间包冶金的需求.     

鞍钢宽厚板坯中间包气幕挡墙研究

以相似原理为基础,通过实验室水模拟实验,对鞍钢单流宽厚板坯连铸中间包应用气幕挡墙进行了优化研究。水模实验主要研究了原型中间包和气幕挡墙、耐火挡墙不同组合方案钢液的流动特征,将实验确定的最佳方案在大生产上进行了工业试验。结果表明,工业试验和水模实验的结果具有一致性。中间包应用气幕挡墙提高了钢的洁净度,显微夹杂物降低了23.73%,大型夹杂物降低了28.15%。     

减少中间包水口堵塞操作上的持续进步（续）

４．２迁移对中间包的传输现象进行分析，可推测堵塞物是由浇注区转移到中间包水口的氧化铝或中间包钢液流动中形成的氧化铝形成的。１９９３年中期开始使用钟罩式长水口后，通过拆除中间包内部挡墙，中间包从每流双挡墙／坝变为坝／挡墙／坝结构。拆除中间包内部的挡墙对...     

三流连铸中间包的物理模拟

对3流梯型中间包内流场进行水模实验。发现包内各水口处钢液的流动特征存在较大的差异。A、B型两种优化挡墙方案的设计，延长了钢液在中间包内的停留时间，降低了中间包的不对称度，均衡了各流的操作参数。     

挡墙结构对46 t中间包钢液流动特性影响的数值和物理模拟

通过采用流动力学软件FLUENT进行的数值模拟和几何相似比1:3的水模型分别研究了导流孔倾角30°的U型挡墙和导流孔倾角分别为20°,25°,30°的V型挡墙4种结构的挡墙对46 t两流T型Φ800 mm圆铸坯中间包钢液流动特性的影响,并采用稳态模拟计算中间包钢液的温度场分布。结果表明,两种模拟结果有良好的一致性;使用导流孔倾角20°的V型挡墙的中间包流动特性最佳,中间包出口流温差仅为4.0 K,整体最大温差为14.2 K,停留时间最长为803.1 s,死区体积分数最小为0.09,更有利去除钢液夹杂物,提高钢的洁净度。     

四流小方坯中间包结构优化的物理模拟

随着钢铁工业的发展,人们对钢的质量要求越来越高,连铸中间包结构是和连铸坯最终质量形成相关的一个重要因素。试验以某厂四流小方坯中间包为原型,1∶3的比例制作了有机玻璃水模型,在不同的中间包结构下,KCl做示踪剂,采用"刺激—响应"技术测得流体的平均停留时间;黑墨水做显示剂显示流场。试验结果表明:采用"V"型挡墙开两孔时,钢液的平均停留时间短,滞止时间短,死区体积比例大。"V"型挡墙只开上孔时,能够很好的优化中间包,改善钢液的流动状态,使钢液的平均停留时间延长58.85 s,死区体积比例减小10.06%;同时还保证了各流之间的均匀性,即各流之间的温度、成分差异较小。     

六流小方坯中间包气幕挡墙的数学模拟

根据6流200 mm×200 mm方坯30 t中间包的结构操作工艺参数,采用欧拉两流体模型、多孔介质模型、欧拉-拉格朗日随机轨道模型及Monte-Carlo法,并引入气泡吸附模型,用数学模拟法对比研究了采用气幕挡墙技术对6流中间包内钢液流动特性及夹杂物去除的影响。结果表明,采用气幕挡墙技术优化后,可以有效改善钢液的流动状态,均衡各出口停留时间,有效延长钢液的平均停留时间,降低死区体积,提高夹杂物去除率,适应多流中间包超纯净钢冶炼的需求。     

气幕挡墙对中间包内钢液流场影响的数值模拟

根据实际中间包的操作工艺参数,采用欧拉-欧拉两流体模型,用数值模拟法模拟计算了中间包底吹对钢液流动的影响.结果表明,底吹改变了中间包内钢液的流动状态,在气幕挡墙的两侧分别形成了方向相反的回流区.底吹气体流量对钢液流动状态、气泡分布影响显著,底吹气体流量太大或太小都不利于改善钢液的流动状态.     

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.     

达钢五流小方坯中间包钢液流动数值模拟

针对达钢五流小方坯中间包,建立了描述钢液流动、传热以及夹杂物轨迹的数学模型。研究了钢液在中间包内的温度分布,比较了不同粒径夹杂物的上浮率。根据数值模拟的结果选择了最优的2#挡墙方案。     

六流方坯中间包内流场的数值模拟及优化

以唐钢150mm×150mm铸坯6流T型中间包为研究对象,用商业软件ANSYS对中间包内钢液流场进行了三维数值模拟与优化,研究了中间包内钢液的流动特征和设置导流挡墙后中间包内钢液的流动方式。结果表明,设置合理的挡墙和导流孔可以有效改善中间包冶金效果;3个导流孔直径(mm)分别为93、72、36,位置(mm)为(220,140)、(350,280)、(700,300),倾斜角度为(21°,15°)、(8°,23°)、(10°,28°)时中间包流场最为合理。     

底吹氩中间包钢液流动特性的数值模拟研究

根据某厂实际中间包的操作工艺参数,采用欧拉两流体模型以及多孔介质模型,用数值模拟法研究了同时采用湍流控制器和气幕挡墙技术,中间包内气幕挡墙的位置及吹气量对中间包内钢液流动特性的影响。结果表明,采用气幕挡墙技术,吹气量及吹气位置对钢液流场及RTD曲线影响较大,吹气位置靠近人口或出口都不利于中间包钢液流动特性的改善,吹气量太大易引起表面卷渣现象,吹气量太小,不能形成有效的气幕挡墙。气幕挡墙距离人口1200～2000mm,且吹气量为0．90m^3／h时,可以有效延长钢液的停留时间,减小死区体积,有利于夹杂物的上浮去除。