板坯连铸结晶器内氩气泡行为的模拟研究

针对氩气泡在板坯连铸结晶器中的运动行为,以190 mm×1 900 mm板坯连铸结晶器原型为研究对象,采用水力学模型及数值模拟的方法,重点研究了拉速为1.7 m/min时不同水口吹气量对结晶器内气泡大小、气泡分布、液面波动、渣-金行为等的影响。研究结果表明:随着水口吹气量增加,气泡尺寸逐渐增加,结晶器窄边气泡数量不断减少,气泡大都聚集在水口附近上浮,水口吹气量是引起乳化卷渣、水口附近液面裸露及卷渣等的主要因素。     

结晶器内氩气泡分布及钢渣界面波动行为

建立了1∶0.6的结晶器水模型和结晶器原型数学模型,采用高速摄像机及分析软件研究了连铸工艺参数对结晶器水模型内气泡分布行为的影响;采用离散相模型和VOF模型的数学模拟方法,研究了连铸工艺参数对结晶器内气泡分布和钢渣界面波动行为的影响。结果表明,通过数学模拟获得的结晶器内气泡分布和水模型试验结果吻合性较好;增加吹氩量,结晶器内氩气泡尺寸增大,分布更均匀;吹氩可以降低结晶器窄面附近区域钢液的波高,但会导致水口附近波动加剧;增大拉速时,结晶器内氩气泡尺寸减小,分布更均匀,结晶器窄面波高增大,水口附近液面波高显著降低;增大水口倾角和浸入深度,有助于抑制水口附近和窄面附近的波动,气泡在结晶器内的分布相对较为均匀,气泡尺寸变化不显著。拉速为1.2 m/min、水口倾角为15°、水口浸入深度为160 mm,较优的吹氩量为4 L/min。研究结果可以为优化工艺参数、防止钢液卷渣、提高铸坯质量提供理论依据。     

1 500 mm x230 mm板坯结晶器液面波动与卷渣行为水力学模型试验和应用

基于相似理论,以钢厂1 500 mmx230 mm板坯结晶器为原型建立1 ：2的结晶器水力学模型。结果 表明,吹气量一定时,水口中心处到窄边的液面波动先增大后减小,吹气量大于0. 8 lymin时,开始发生卷渣现象, 并且结晶器内的气泡数量变多。浸人深度的增加使液面波动减弱,浸入深度在65 - 95 mm时对卷渣影响的效果不 显著;拉速增加使流股的冲击深度增大,拉速大于LI m/min时有大渣滴被卷入;当结晶器的拉速为1.0 ~ 1.1 m/min, 吹气量为0.6~0.8 I/min,浸入深度为75 - 85 mm时较合理。C45E钢生产实践表明,当拉速由0.9-1.2 m/min调整 至1.0 ~ 1.1 m/min,浸入深度由130 ~ 190 mm改进为150 ~ 170 mm时,铸坯缺陷率由6%降至1.9%。     

浸入式水口堵塞过程板坯结晶器内流动与液面波动的模拟

用水模型研究拉速为1.4 ~2.4 m/min的220 mm x 1 300 mm板坯连铸结晶器浸入式水口发生 堵塞和吹氧时,结晶器内的液面与流动行为。结果表明,水口发生堵塞时,水口两侧的流股不对称,气泡的平 均直径减小,气泡进入结晶器的深度增加,引发卷渣和气泡缺陷的机率将明显增加。     

连铸结晶器气泡粒径影响因素的水模型实验研究

为了研究连铸结晶器内气泡的分布规律及影响因素,利用水模型实验研究了板坯连铸结晶器内的气液两相流动,并采用图像分析软件分析了不同吹气口、水流量、吹气量、插入深度和水口倾角对结晶器内气泡粒径的概率分布和平均粒径的影响.结果表明:气泡的平均粒径随吹气口孔径、吹气量和水口倾角的增大而增大,随着水流量的增大而减小.发现不同吹气口、水流量和吹气量对气泡粒径的概率分布及平均粒径的影响较大,插入深度和水口倾角的影响较小.     

MCCR产线110 mm薄板坯结晶器流场的数值模拟

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3.4 t/min增加至8.2 t/min,采用四孔水口时,结晶器弯月面钢液流速由0.02 m/s增加至0.30 m/s,结晶器钢液面波高差由2.0 mm增加至7.2 mm;采用五孔水口时,结晶器钢液面波高差由0.25 m/s增加至0.5 m/s,结晶器钢液面波高差由2.6 mm增加至17.0 mm。高通钢量条件下(5.5～8.2 t/min),采用四孔水口更加有利于控制液面波动稳定性。     

连铸结晶器内钢/渣界面波动及卷渣行为的实验研究

连铸结晶器钢/渣界面时常发生卷渣现象,严重影响连铸坯质量.本文通过水模型实验研究了吹氩量、拉速、水口浸入深度对钢/渣界面波动及卷渣现象的影响.利用波高仪采集液面的波动数据,采用高速摄像机捕捉钢/渣界面卷渣时的瞬时图像,重现了剪切卷渣、漩涡卷渣、大气泡卷渣及抽吸卷渣现象.结果表明:随着吹氩量的增大,结晶器液面波动加剧,适当的吹氩量有利于抑制卷渣,本实验中0.8 L/min吹氩量下的卷渣频率最低;随着水口浸入深度的增加,液面波动程度和卷渣频率均呈降低趋势;随着拉速增大,水口附近的波动先减小后增大,窄边附近的波动逐渐增强,卷渣频率逐渐增大.     

结晶器内钢液面波动分析与控制

通过水模试验对邯郸钢铁集团有限责任公司邯宝炼钢厂连铸结晶器液面波动原因进行分析。结果表明,随着板坯连铸机拉速提高、吹氩量增加、铸坯断面的增加,结晶器钢液面波动量增大;随着浸入式水口浸入深度增加和水口出口角度增大,结晶器内钢液面波动量减小。选择合适的拉速、恒速浇铸、优化浸入式水口形式和浸入深度、保持适当的吹氩量、执行标准化操作,可以降低结晶器钢液面波动量,提高连铸坯质量。采取优化措施后,结晶器钢液面波动量逐渐恢复到±3 mm以内,热轧卷板边部翘皮和夹杂缺陷比例逐月降低,缺陷率从2010年11月0.41%控制到2011年4月以后0.1%以下。     

IF钢板坯连铸结晶器内钢液流场的模拟与优化

以本溪钢铁公司炼钢厂板坯连铸结晶器为研究对象,通过物理模拟系统研究了水口吹气量、水口插入深度对连铸结晶器内气泡运动行为、液面波动及卷渣行为的影响作用,并在此基础上优化设计了连铸工艺参数。工业试验结果表明,经优化后连铸坯表层中含氧化钠（Na2O）、氧化钾（K2O）等保护渣成分的CaO Al2O3 SiO2 MgO系球状夹杂物基本消失,IF钢连铸坯中非金属夹杂物含量明显降低。     

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。     

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%。     

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。     

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.     

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。     

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。     

不同宽度板坯结晶器内流场的水模型和数值模拟研究

采用1:0.8比例水模型和基于Fluent软件的数值模拟,实验研究了190 mm×(1500～1900)mm宽板坯连铸结晶器的流场。结果表明,在钢水流量不变的情况下,随着结晶器断面宽度的增加,流股的冲击深度增加,流股涡心高度降低,结晶器表面流速、液面波动、流股对结晶器窄面的壁面剪切力均减小,卷渣和液面裸露几率逐渐降低。在钢水流量不变的情况下,随着结晶器断面宽度的增加,若采用同一水口,可以适当减小水口插入深度。     

板坯结晶器内流场作用下钢液传热凝固的数值模拟

以钢厂230 mm×2 150 mm板坯连铸机为研究对象,通过三维数值模拟分析了拉坯速度(0.8～2.3m/min)、水口浸入深度(100～200 mm)、铸坯宽度(1 100～2 150 mm)对结晶器内流场作用下的钢液传热、凝固特征的影响。结果表明,拉坯速度等参数变化不会改变结晶器内钢液流动的基本特征,但会显著影响到结晶器内窄边坯壳的发育状况。水口浸深、铸坯宽度和拉坯速度的变化对于结晶器熔池液面钢水过热度也有不同程度影响:小断面,大拉速和水口浸入深度较小时熔池液面过热度较大,最大达6.2 K。