顶旋型湍流抑制器对单流板坯中间包内湍流行为的影响

设计了一种顶旋型湍流抑制器,使钢液产生旋转流场,降低钢/渣界面速度,促进夹杂物的去除,达到净化钢液的目的,并利用数值模拟的方法,对单流板坯中间包在稳态和非稳态时的流场进行研究。结果表明:使用新型抑制器相较于不使用和使用普通抑制器,对中间包稳态浇注流场有明显的改善,死区体积明显减小。拉速和中间包容量改变时,新型抑制器比普通抑制器对中间包液面波动的抑制效果更好。当拉速为1.15、1.55和1.85 m/min时,使用新型抑制器的中间包自由液面的平均速度分别为0.040、0.053和0.062 m/s,相较于普通抑制器分别降低了21.6%、24.3%和26.2%。当中间包容量为40、30和25 t时,使用新型抑制器相比于普通抑制器,自由液面的湍动能分别减少了20.9%、25.0%和26.3%。     

顶旋型湍流抑制器优化中间包流场的物理模拟

设计了一种顶旋型湍流抑制器，使中间包冲击区内钢液在其作用下产生旋转的速度场，从而削弱钢液回流至钢-渣界面的强度，降低湍动能，避免卷渣和钢液二次氧化，以达到在冲击区内净化钢液的目的。通过水模型试验对比分析了无湍流抑制器、普通湍流抑制器和顶旋型湍流抑制器下单流中间包稳态浇注、开浇和换钢包时的多相流动行为，验证所设计的顶旋型湍流抑制器在中间包各操作阶段的优越性。结果表明，顶旋型湍流抑制器对中间包稳态浇注过程无负面影响，对非稳态浇注过程有明显改善效果。与不使用湍流抑制器相比，可以使钢液的平均停留时间由308.5 s延长至327.4 s,死区体积分数由9.67%减小至4.13%,响应时间由69 s增加到109 s,有效避免了短路流的出现。不采用湍流抑制器和采用普通湍流抑制器的中间包在开浇充包50 s后会分别产生115 cm²和55 cm²左右的钢液裸露，在换钢包过程再充包20 s后会分别产生90 cm²和50 cm²左右的钢液裸露，而采用顶旋型湍流抑制器均不会产生钢液裸露现象，且相较普通湍流抑制器可以有效降低...     

板坯单流连铸中间包的流场优化

通过水模型实验,针对现场中间包流场存在的问题,对影响流场的关键因素进行正交优化试验并验证;本文主要在优化后最佳方案的基础上,对不同插入深度和湍流抑制器对中间包流场的影响进行研究,并研究了在非稳态浇注过程中,不同工况下中间包钢液最低液位的变化.试验结果表明:综合考虑RTD曲线和流场显示,保持中间包液面稳定,拉速为1.2m/min,在正交优化的最佳方案的情况下,采用圆形湍流抑制器,插入深度为90mm时,中间包内流场较好,死区比例小,平均停留时间长;非稳态浇注过程中采用有坝和圆形湍流抑制器的中间包时,钢液的最低液位比较合理.     

连铸参数对中间包内控流元件冶金性能的影响

根据相似原理,以浇铸Φ380 mm铸坯的28 t 3流T型中间包为原型,通过实验相似比λ=1:2水模型,研究了拉速0.3～0.9 m/min、液位600～1200 mm连铸条件下,控流元件对中间包内流场特性的影响。结果表明,当实际生产的中间包液位为500 mm左右时,拉速<0.4 m/min时,控流元件改善其流场的作用不明显,不需加入控流元件;当拉速≥0.4 m/min和<0.7 m/min时,可选用带挡墙结构的中间包;当拉速≥0.7 m/min,可考虑挡墙加湍流抑制器的结构,以优化中间包内流场特性。通过对中间包内流场的分析得出,设置控流元件时,应尽量降低注流混乱度并使钢水湍动能尽可能多的消耗在浇铸区。     

两流板坯连铸58t中间包过滤器的水模型试验和应用

通过几何相似比0.29:1的水模型试验了湍流抑制器+挡墙+挡坝和湍流抑制器+挡墙+过滤器两种控流装置的钢液流动,研究了通道式过滤器对58t中间包钢液流场的影响。结果表明,原中间包（湍流抑制器+挡墙+挡坝）活塞区体积小,死区体积高达29.53%,优化中间包加入过滤器后（湍流抑制器+挡墙+过滤器）短路流基本消失,钢液的实际平均停留时间延长,死区体积由29.53%减小至13.52%。50t中间包,230mm×1100mm连铸板坯,拉速1.25~1.30m/min工业生产结果表明,使用过滤器后,中间包浇注区的夹杂物尺寸明显小于冲击区,中间包浇注区T[O]由原86×10^-6降至30×10^-6,连铸坯大多数夹杂物尺寸≤10μm,没有发现≥30μm夹杂物。     

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。     

单流板坯中间包内湍流抑制器对流场的影响

通过水力学模型实验,研究了湍流抑制器对单流板坯中间包内钢液流动的影响,并比较了有无湍流抑制器时中间包内钢液流动的特性。湍流抑制器使钢液由长水口注入中间包后再返回,从而消除了中间包短路流,发展了表面流,延长了滞止时间和平均停留时间,有利于中间包内夹杂物的去除。湍流抑制器与单挡坝的结构在控制中间包内钢液流动方面效果较好。     

板坯连铸机中间包流场的物理模拟

采用物理模拟的方法,研究拉速0.8 m/min、1.0 m/min、1.2 m/min,长水口插入深度200 mm、300 mm对中间包内钢液的停留时间分布曲线和流场的影响,结果表明0.8 m/min和1.0 m/min拉速下,停留时间分布曲线存在着明显的双峰现象,而1.2 m/min拉速下曲线的双峰现象不明显。0.8 m/min拉速下,中间包内存在着明显的死区。实验中间包的最优冶金工艺为:长水口插入深度300 mm,拉速1.2 m/min。     

IF钢板坯结晶器电磁搅拌数值模拟与工艺实践

针对高拉速IF钢铸坯夹杂与气泡缺陷封闭率偏高的问题，通过数值模拟研究了水口浸入深度和拉速对结晶器流场的影响，结果表明，在结晶器电磁搅拌电流为600 A、频率3.5 Hz工况下，随着拉速增高，自由液面活跃指数呈现先增大后减小再增大的趋势，在拉速1.05 m/min附近，最高达0.67，在1.6 m/min附近，最低达0.35，流场均匀性指数略有降低，最佳的自由液面活跃指数为0.5±0.05；当拉速低于1.0 m/min时，随着水口浸入深度的增加，自由液面活跃指数逐步增大至0.40，当拉速大于1.0 m/min时，随着水口浸入深度增加，自由液面活跃指数逐步降低，当拉速大于1.4 m/min时，随着水口浸入深度的增加，自由液面活跃指数大幅下降至0.37;IF钢结晶器电磁搅拌工艺优化后，铸坯夹杂与气泡缺陷封闭率均值下降4%，取得了显著的效果。     

板坯中间包内钢液流动特性

通过开展中间包控流装置布置的正交试验,研究了反应器结构对钢水流动行为的影响.着重探讨了不同尺寸中间包的控流装置布置规律及其对钢液流动行为和夹杂物去除的影响,定量化得到了双流板坯中间包控流装置布置与死区体积和结构影响因子D的关系.实验结果分析表明:中间包内部分活塞流体积不利于夹杂物去除,死区体积可准确反映钢液的洁净度水平;出水口抽吸作用对钢液流动行为影响较大,挡坝布置在距出水口1000-1300 mm时钢液流动形态较好,夹杂物聚集导致的水口结瘤率低至7.5%;0.0035相似文献   

六流小方坯连铸中间包结构优化仿真

以鞍钢六流小方坯T型中间包为对象设计了中间包结构优化方案,应用数值模拟方法研究不同方案的中间包钢液流动状态和温度场情况。模拟结果表明,中间包纵向侧壁钢液液面高度处内部宽度为463 mm时的优化效果最佳。结构优化后的中间包用于浇铸高碳钢,各流钢水出口最大温差降低了7℃,塞棒侵蚀减轻,单中包浇铸由12罐提高到17~18罐。     

中间包上水口环形吹氩下气泡大小和迁移行为研究

摘要：通过水模型实验研究了上水口环形吹氩工艺下中间包和结晶器内气泡形貌,并结合数值模拟分析了透气砖位置、拉坯速度和吹氩量对中间包和结晶器内气泡尺寸、气泡迁移和中间包近液面钢液流动的影响。结果表明：上水口环形吹氩形成以塞棒为中心的圆台状气泡羽流,气泡浓度沿径向向外逐渐减少;附壁效应使得气泡羽流偏向塞棒壁面流动,增大气泡的碰撞聚并概率和近塞棒壁面的羽流上升速度,对中间包液面产生较大冲击作用;同时,部分细小气泡会随钢液进入水口及结晶器内部;增大吹氩量,中间包内环形气泡羽流中气泡数目明显增多,中间包近液面钢液上升速度增大;增大拉坯速度,环形气泡羽流的宽度和气泡数量逐渐减小,近液面速度减小;增大透气环距水口中心距离,中间包内气泡弥散度增大,环形气泡羽流宽度也随之增大,气泡羽流对中间包液面冲击作用减弱;增大吹氩量和拉坯速度、减小透气环距水口中心距离,进入结晶器的气量和气泡尺寸逐渐增大。实验条件下,透气环内外径为110mm/140mm、拉坯速度为1.2m/min时,吹氩量为4L/min较为合适。     

Study on dimension and migration behavior of bubble under annular argon blowing at tundish upper nozzle

The water model experiments were carried out to study the bubble morphology in the tundish and mold with the process of annular argon blowing at tundish upper nozzle. The effects of the position of gas permeable brick, the casting speed and the argon flow rate on the bubble size distribution, the bubble migration behavior and the flow behavior of liquid steel near the liquid level in tundish were further investigated, coupled with the numerical simulation. The results show that with the process of annular argon blowing at tundish upper nozzle, a frustum cone shaped bubble plume can be formed around the stopper rod. The concentration of argon bubbles gradually decreases outward along the radial direction of the stopper rod. Owing to the wall attached effect, the bubble plumes float upward along the stopper rod, which can increase the collision probability between bubbles and the velocity of bubble plumes, causing a larger impact strength on the liquid level in tundish. In addition, a part of small bubbles are wrapped into the nozzle and the mold due to the drag force of liquid steel. With increasing argon flow rate, the number of bubbles in annular bubble plumes and the vertical velocity of liquid steel near the liquid level in tundish increase significantly. With increasing casting speed, the width and the bubble number of annular bubble plumes gradually decrease, leading to a decrease of the vertical velocity of liquid steel near the liquid level in tundish. Increasing the distance between the annular gas permeable brick and the center of tundish upper nozzle, the dispersion of bubbles and the width of bubble plumes increase, and the impact strength of bubbles acting on the liquid level in tundish becomes weaker. As the argon flow rate and the casting speed increase, and the distance between the gas permeable brick and the center of tundish upper nozzle decreases, the gas volume and bubble size in the mold increase. Under the experimental conditions, when the inner and outer diameters of the annular gas permeable brick are 110mm and 140mm, respectively, and the casting speed is 1.2m/min, the appropriate argon flow rate is 4L/min.     

三流非对称中间包流场水模拟研究

在保证产量的情况下,为使夹杂物充分上浮去除,钢水温度均匀,进一步提高某钢厂320 mm×480 mm连铸方坯的生产质量,针对三流非对称中间包,设计1∶3水模拟试验和数值模拟,进行不同拉速和有无挡坝的研究。通过速度场和温度场的数值模拟以及不同拉速下的水模拟,可以发现,随着拉速的增加,三个水口的停留时间减小,并且三个水口的停留时间有一定差距。添加挡坝后随着拉速的增加,平均停留时间减小得更为缓慢。速度场和温度场的分布规律并不随拉速的变化而变化,但拉速的增加会使中间包内的速度和温度上升。     

Effect of asymmetric casting of conticaster on liquid steel in tundish

The flow characteristic and temperature characteristic of steel liquid in tundish at asymmetric casting were studied using SolidWorks, ANSYS, etc.It has an important impact on flow field in tundish for asymmetry casting of conticaster, which can lead to the change of tundish temperature distribution. When a strand of conticaster on one side is closed, the flow rate of steel liquid can be reduced and more backflow regions can be formed in this side of tundish. Simultaneously, the region of lower temperature steel liquid in middle part of tundish moves to the other side obviously, and the phenomenon is more noteworthy when an edge strand of conticaster is closed.     

H型坯连铸结晶器内钢液传递特性的数值模拟

以950 kg/m H型连铸坯结晶器为研究对象,采用FLUENT软件建立三维几何模型,模拟研究了水口浸入深度125 mm和175 mm时拉速（0.6~1.2 m/s）对结晶器内钢液传递特性的影响。结果表明,不同拉速条件下H型坯结晶器内钢液流态相似,但随着拉速的增大,结晶器内钢液流股冲击深度增大和结晶器自由表面流速增大,保护渣熔化状况有改善趋势,同时结晶器液面波动和钢水对凝固坯壳的冲刷有增大趋势。而各粒径夹杂物上浮去除率随拉速的增大而降低,其中大颗粒夹杂物去除率降低显著,当拉速由0.6 m/min增至1.2 m/min时,100μm夹杂物的去除率由16%降至10%。该模拟条件下,20~100μm夹杂物去除率在4%~16%。     

浸入式水口吸入空气机理及吹氩量控制模型

 连铸过程浸入式水口本身及其与上水口连接处容易吸入空气,导致钢水二次氧化,随之可能造成水口结瘤及断浇,导致严重的连铸事故。通过向水口内部吹入氩气可以防止空气吸入,吹氩量控制不当容易引起铸坯缺陷。基于伯努利原理和质量守恒定律建立了从中间包到结晶器的速度-质量模型,探讨了以上部件吸入空气的机理。首先研究了理想与考虑压损2种情况下水口直径、水口浸入深度、中间包液位、铸坯宽度和拉坯速度对水口入口的钢液横截面积与出口的钢液横截面积之比(A_A/A_P)的影响,然后对水口结构进行了优化,并建立了吹氩量控制模型。结果表明,为防止水口吸入空气,应尽量减小水口直径、降低中间包液位和水口浸入深度的高度差、增大拉坯速度和铸坯断面宽度。其中水口直径提高10%,A_A/A_P从2.15增大至2.62;铸坯宽度和拉坯速度对A_A/A_P影响略低于水口直径,同样提高10%,A_A/A_P均从2.15降低至1.96;中间包液位和浸入深度对A_A/A_P影响最小。基于此研究结果,水口结构优化为符合钢液流束的圆台形,并结合水口内真空区体积确定了吹氩量控制模型,使得水口内始终保持微正压。本研究结果为减小甚至消除水口的空气吸入、控制氩气吹入量提供了理论基础,对高品质钢的生产及节能降耗具有重要意义。     

淮钢特殊钢大型圆坯连铸工艺装备特点及实践

淮钢生产碳素、合金结构钢、锚链钢、轴承钢、齿轮钢及低合金高强度钢生产流程为80 t转炉-90 t LF-100 t RH-喂线-Φ380～Φ600 mm圆坯CC工艺。中间包容量40 t,自动控制弧形管式结晶器液面,喷水+气雾2次冷却,M-EMS+F-EMS电磁搅拌,连铸机拉速0.3～0.8 m/min,年生产能力120万t圆铸坯。文中介绍中间包、结晶器、电磁搅拌、二次冷却的设备特点和相关工艺的优化和圆坯冶金质量的改善。     

不同湍流模型在中间包钢液流动数值模拟中的适用性研究

摘要：连铸中间包内部结构复杂,钢液流动状态多样,详尽准确的钢液流场信息是中间包控制和优化的前提。数值模拟方法已广泛应用于中间包内钢液流场研究,钢液流场的精确数值模拟离不开合适的湍流模型及相应的边界条件。基于CFD开源代码包OpenFOAM v8,分别应用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型3种湍流模型,对称面边界、自由滑移边界2种液面边界条件,对中间包流场进行了数值模拟。通过与文献中实验结果比较,发现采用SST k-ω模型可以成功预测RTD曲线的“双峰”,且响应时间、峰值时间与实验结果较为接近;应用SST k-ω模型时,将液面边界类型由自由滑移改为对称面,获得的示踪剂响应时间的误差由93.89%降低至8.35%以下,峰值时间的误差由100.78%降低至12.32%左右。因此,SST k-ω模型、对称面液面边界可以较好地描述中间包内钢液流动过程。     

Study on applicability of different turbulence models in simulation of molten steel flow in tundish

The internal structure of continuous casting tundish is complex, and the flow state of molten steel is diverse. Detailed and accurate information of molten steel flow field is the premise of tundish control and optimization. Numerical simulation method has been widely used in the study of molten steel flow field in tundish. The accurate numerical simulation of molten steel flow field is inseparable from the appropriate turbulence model and the corresponding boundary conditions. Based on the CFD open source code OpenFOAM v8, three different types of turbulence models (standard k-ε model, RNG k-ε model, and SST k-ω model) were applied to simulate the molten steel flow in the tundish. Additionally, two boundary conditions of symmetry plane and the free slip were also applied. Comparing the simulation results to the experimental data, it shows the RTD curve obtained by the simulation with the SST k-ω model can successfully predict the "double peaks" that appeared in the experiment. Besides, the response time and peak value time are closest to that of experimental results. For SST k-ω, when changing the type of liquid surface boundary from free slip to symmetrical plane, the error of tracer response time obtained is reduced from 93.89% to less than 8.35%, and the error of peak time is reduced from 100.78% to about 12.32%. It can be concluded that the SST k-ω model and the symmetry boundary are applicable for the simulation of molten steel flow in the tundish.