注流方式对大方坯连铸结晶器内钢水流动与温度状态影响

依据改变水口侧孔射流方向来控制结晶器内钢流流动状态的思想,设计了一种大方坯连铸结晶器新型四分切向水口.对不同类型水口(直通式、四分径向以及四分切向水口)浇注条件下大方坯连铸结晶器内钢水流动形态和温度分布状况进行了流体动力学比较研究.结果表明,新型四分切向水口不仅可以使结晶器内钢水形成上、下两个回流,并能够产生较强的水平旋流.该水平旋流能降低钢水的冲击深度,抑制钢液面波动,促进夹杂物上浮,还具有促进钢水过热耗散的效果.与四分径向水口相比,新型四分切向水口能减弱射流对初生坯壳的冲击,均匀横截面坯壳厚度.此外,该旋流状态使热中心上移,自由液面附近钢水的温度可提高2～6℃,改善化渣条件.     

水口类型对大方坯结晶器内钢水流动与凝固行为的影响

采用数值计算方法对比研究了直通式、4分径向以及新型4分切向水口对大方坯连铸结晶器内钢水流动与凝固行为的影响.结果表明,当前常用的直通式水口对坯壳无冲击,利于坯壳均匀生长,但钢水冲击深度大,易在弯月面处形成死区,不利于大方坯内部及表面质量的提高;改用4分水口浇铸时,结晶器宽、窄面冲击区附近都会出现不同程度的坯壳厚度零增长...     

200mm×200mm方坯连铸用新型浸入式水口的数值模拟

为了减轻水口侧孔射流对凝固坯壳的冲刷,便于侧孔水口在较小断面的方坯连铸上使用,提出扇形侧孔的水口设计理念。利用结晶器内钢水流动、传热的三维数学模型,分析比较了直筒形水口、矩形侧孔水口和扇形侧孔水口条件下200 mm×200 mm的方坯结晶器内的流场及温度场特征。研究结果表明,侧孔水口能降低射流冲击深度,促进夹杂物上浮,并提高弯月面温度和活跃程度,有利于化渣;扇形侧孔射流较分散,对凝固坯壳的冲刷作用显著减弱。     

475 mm特厚板坯连铸结晶器浸入式水口优化数值模拟研究

特厚板坯连铸技术主要应用于特种装备制造领域,市场需求量较大。浸入式水口的结构是决定结晶器中流场流动行为的关键因素。本研究通过建立三维数值模型,研究浸入式水口侧孔倾角对475 mm特厚板坯结晶器内流场流动行为、温度场和凝固坯壳分布的影响。结果表明,水口侧孔倾角对钢液流动行为影响显著：当侧孔倾角由-20°调整至-10°时,射流冲击深度由660 mm减小至545 mm,结晶器自由液面平均温度升高4 K;此外,侧孔倾角的减小使凝固坯壳尤其是窄面坯壳厚度增加6 mm。综合考虑,当水口侧孔倾角为-10°时,结晶器性能最佳,此时的液面流动较活跃,结晶器保护渣和液面之间的传热性良好,出口处的壳体厚度均匀,足以满足生产需要,可有效避免漏钢现象发生。     

板坯结晶器内钢液综合冶金行为的数值模拟

数值模拟了板坯结晶器内钢液的综合冶金行为.结果表明:钢水的流动状态主要决定于浸入式水口钢水射流形态和强度.在已经给定浸入式水口工作端的条件下,由于水口吐出孔附近存在低压抽引回流区,所以钢水仅从吐出孔下部流出,降低了水口吐出孔的有效利用面积.大断面会使其弯月面的过热度降低;坯壳温度变化主要集中在窄面冲击区域,该区域坯壳温度随铸坯断面增加而降低.断面尺寸为1 400 mm×230 mm和1 600 mm×230 mm的铸坯,结晶器出口处窄面凝固坯壳厚度能达到11.5 mm;对于1 800 mm ×230 mm断面在结晶器出口处窄面凝固坯壳厚度能达到13.4 mm.铸坯宽面坯壳厚度受断面变化的影响很小.     

漏斗形结晶器宽度对流动、传热凝固行为影响的数值模拟

改变薄板坯连铸结晶器的宽度可以适应客户对不同规格铸坯的需求,因此有必要对不同宽度结晶器钢液流动、传热凝固行为进行研究.采用耦合模型,研究拉速4.0 m/min时,宽度1100、1300、1600mm漏斗形结晶器钢液流动、传热凝固行为.结果表明,结晶器宽度增加,自由液面状态相对传统板坯表现出一定差异,钢液内夹杂物上浮更困难.宽度改变对传热凝固的影响主要体现在沿水口射流方向的局部区域,结晶器出口处凝固坯壳薄弱区随宽度增加而扩大.     

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。     

电磁搅拌对大圆坯结晶器冶金行为影响的探讨

 为了探究结晶器电磁搅拌(M EMS)对大圆坯结晶器内综合冶金行为的影响。以大断面圆坯连铸结晶器冶金行为为研究对象，基于电磁热流体与凝固传输理论建立三维耦合数值模型。揭示大圆坯连铸常用五孔水口浇注条件下结晶器内电磁场、流场、传热与凝固等综合冶金行为，提出电磁搅拌对结晶器冶金性能影响的多参量评价方法。以中碳铬钼齿轮钢650 mm大圆坯连铸为例，指出结晶器电磁搅拌存在最佳搅拌电流，可获得相对较好的综合冶金效果。具体表现为弯月面保持一定的切向速度和过热度，有利于保护渣的熔化和夹杂物的上浮去除；液面波动幅度在控制范围内，可避免卷渣、改善表面质量；结晶器内钢液过热得到有效耗散，有利于等轴晶形核改善铸坯内部质量；侧孔出流钢液速度得到有效控制，可抑制注流对初凝坯壳的冲刷，提高了初生坯壳生长的均匀性。此外，电磁搅拌产生的水平旋流强度也可得到有效控制，有利于避免常见的皮下白亮带现象。     

马钢圆坯结晶器水口改型流场和温度场的数值模拟

生产实践表明,直通式水口对钢水夹杂物上浮、结晶器液面钢水温度补偿,铸坯初生坯壳的形成等有一定的负面影响。利用CFX5．7．1数值模拟软件研究了采用原直通型水口和侧开孔型水口时结晶器内流场和温度场的分布情况,分析了不同流场和温度场对钢水夹杂物上浮、结晶器液面钢水温度补偿、结晶器液面波动以及对结晶器内初生坯壳的影响。结果表明,采用侧开孔型水口时结晶器内流场和温度场分布更为合理,直通型水口改为侧开孔水口可行。     

全水口自旋流连铸水口钢水流动行为

摘要： 全水口自旋流连铸是从源头上优化结晶器流场的重要技术,利用数值模拟手段,研究了拉坯速度和旋流发生装置入口尺寸对自旋流连铸钢水流动行为的影响。研究表明,拉坯速度和入口尺寸对水口内钢水旋流具有重要影响,旋流强度随拉速增大而增大,随入口面积增大而减小,且随钢水向下流动近似呈线性减小;当旋流装置入口流速为1.1m/s时,水口内钢水旋转速度达4.10m/s,受旋流影响水口中心钢水反重力向上流动;水口流场沿径向可分为湍流各向同性区、各向异性区和近壁区,随入口速度增加湍流各向异性区范围增大。研究明确了全水口自旋流连铸过程钢水旋流行为的关键控制因素,为旋流连铸的参数优化提供了支撑。     

特大圆坯连铸用新型浸入式水口的设计与研究

 针对特大截面圆坯连续浇铸的特点,基于依靠浸入式水口自身结构减小钢流冲击深度,同时保证流动与传热沿周向分布均匀的思想,首次提出了新型浸入式伞形水口设计方案,并建立了结晶器内钢水的流-热-固耦合模型,对钢水的流动、传热和凝固行为进行了数值耦合模拟分析,验证了此水口的优越性与合理性：伞形水口的射流在结晶器内形成上下两个回流区,不仅有利于夹杂物、气体等的上浮分离,还能有效降低钢流冲击深度,使过热钢液均匀分布在结晶器上部,可提高弯月面温度和化渣效果;沿周向凝壳生长均匀,减轻了纵裂纹的萌生概率;在0.35m/min拉速下,出结晶器凝壳厚度达到31.2mm,满足安全生产要求。     

水口结构对连铸中低碳钢流场和温度场的影响

 为研究水口结构形状对连铸中低碳钢结晶器内流场和温度场分布的影响，采用有限容积法建立连铸圆坯三维数学模型，模拟了不同水口形状下圆铸坯的流场和温度场。结果表明，在水口浸入深度为80 mm、其他参数不变时，与直水口相比，旋流水口使钢水冲击深度降低，结晶器内涡流增强，弯月面温度和二冷区凝固率提高，且随着水口数量的增加，弯月面波高和结晶器出口温度降低；采用旋流水口并施加结晶器电磁搅拌(M EMS)时，结晶器中钢液温度升高，弯月面有卷渣行为，结晶器出口未形成凝固坯壳。在实际应用中，应避免同时使用M EMS和旋流水口，或使用旋流水口时采用低强度的M EMS。     

Simulation on Effect of Divergent Angle of Submerged Entry Nozzle on Flow and Temperature Fields in Round Billet Mold in Electromagnetic Swirling Continuous Casting Process简

A new process for swirling flow generation in the submerged entry nozzle （SEN） in continuous casting process of steel was proposed. A rotating electromagnetic field was set up around the SEN to induce swirling flow by Lorentz force. The flow and temperature fields in the SEN and round billet mold with electromagnetic swirling were numerically simulated and then verified by the electromagnetic swirling model experiment of low melting point alloy. The effects of divergent angle of the SEN on the flow and temperature fields in mold with electromagnetic swirling were investigated. The electromagnetic swirling flow generator （EMSFG） could effectively induce swirling flow of molten steel in the SEN, which consequently improved greatly the flow and temperature fields in the mold. Below the nozzle outlet in mold, with the increase of divergent angle, the stream of bulk flow diverged more widely, the high temperature zone shifted up, and the temperature field became more uniform. Above the nozzle outlet in mold, with 350 A electromagnetic swirling, when the divergent angle of the SEN increased, the upward flow velocity and the meniscus temperature first increased and then decreased. With a divergent angle of 60~, the upward flow velocity and meniscus temperature reaced the largest value.     

大圆坯连铸用新型旋流水口的数值模拟

通过调整多侧孔水口侧孔射流方向来实现结晶器内钢流的旋转,并设计了一种易于加工、使用寿命长的多侧孔新型旋流水口。建立了圆坯结晶器内三维流动、传热数学模型,计算分析了直筒形水口和新型旋流水口条件下结晶器内的流场和温度场。结果表明：通过调整多孔水口侧孔射流方向可以实现结晶器内钢流的旋转,新型旋流水口能显著降低钢水的冲击深度,促进夹杂物上浮,使热中心上移,提高弯月面的温度。     

薄板坯连铸结晶器钢液流动数值模拟

以唐钢第一炼钢厂薄板坯连铸机为背景,利用商业模拟软件FLUENT,根据热轧薄板厂目前连铸操作的工艺参数,采用湍流模型建立数学模型,模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液流场分布情况,系统地研究了水口结构、水口上出口倾角在指定拉速、浸入深度下对结晶器内流场的影响,为水口优化提供理论依据。在固定拉速和指定的浸入深度条件下,通过对比分析几种不同水口结构对结晶器内流场及温度场影响规律,最终确定采用五孔水口上出口倾角取15°为最佳水口结构方案。     

Flow behavior of molten steel in SEN during full nozzle self swirling flow continuous casting

Full nozzle self swirling flow continuous casting is an important technology to optimize the mold flow field from the source. Numerical simulations were carried out to investigate the influence of casting speed and inlet area of the swirling flow generator on steel flow behavior in SEN (submerged entry nozzle). The results show that the casting speed and the inlet area have important effects on the swirling steel flow in SEN. The swirl intensity increases with the increase of casting speed, decreases with the increase of inlet area, and decreases approximately linearly with the downward flow of molten steel in SEN. The swirling flow velocity can reach 410m/s with the generator inlet velocity of 11m/s. Due to the effect of swirling flow, molten steel at the nozzle center moves upwards. The flow field in SEN along the radial direction can be divided into three regions, namely, the isotropic turbulent fluctuation region, the anisotropic turbulent fluctuation region, and the near wall region. With the increase of inlet velocity, the anisotropic turbulent fluctuation region increases. This study reveals the key control factors on steel flow behavior in a full nozzle self swirling flow continuous casting process, which provides a good support for the parameter optimization of the swirling flow continuous casting process.     

Numerical Simulation of Fluid Flow and Heat Transfer in Funnel Shaped Mold of Thin Slab Continuous Caster

SymbolList Ab,An———Surfaceareaofbroadfaceandnarrowfaceof moldrespectively,m2;Cp———Effectiveheatcapacity,J·kg-1·K-1;Cp,s———Heatcapacityofsolidphase,J·kg-1·K-1;Cp,l———Heatcapacityofliquidphase,J·kg-1·K-1;Cw———Waterheatcapacity,J·kg-1·