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。     

异形坯连铸充型凝固过程数值模拟

利用CFD商用软件Flow-3d,对单双水口Q215钢750 mm×450 mm×120 mm异形坯连铸结晶器内钢水充型凝固过程进行数值模拟,得到了速度场、温度场的分布图和充填过程自由表面的位置和形状图。分析了单双水口模型对速度场及凝固的影响。结果表明,双水口模型可以减轻结晶器上部回流的强度,减小冲击深度,提高传热效率,加快结晶器内钢液的凝固速度,有助于提高铸坯的质量和提高拉速。     

双挡坝中间包内钢液的流动行为

通过采用水模拟和数值模拟分别对中间包不同结构进行全因素试验,研究了双挡坝结构对钢液流动行为的影响,着重探讨了不同类型的双挡坝中间包内钢液的流动状态和速度分布。结果表明:低坝应设置在高坝后,顶端钢液流速将减小29%,降低浇注末期发生卷渣的概率;低坝应与高坝流钢孔同高,钢液的平均停留时间可达到最大稳定值;高低坝距离差为40~160mm时,流体流动状态较稳定,低坝后无漩涡产生。分析认为:中间包入口区和出口附近均为强湍流状态,其他区域均为过渡流状态,入口区利于夹杂物的碰撞长大,应至少保证该区域长度大于中间包长度的1/4,出口区强湍流易产生大夹杂物导致水口堵塞,应控制在出水口附近0.25m的区域内。     

八流方坯连铸中间包结构优化研究

采用1:3水模型实验对钢厂的八流150 mm×150 mm坯连铸不同控流结构80 t中间包内钢液流场进行了研究,并通过数值模拟进行验证。研究结果表明,中间包仅加湍流抑制器后对改善钢液的流动效果不明显,加上"V"型挡墙后能明显改善各流流动特性,湍流抑制器、"V"型挡墙和单坝组合能进一步提高各流的流动特性一致性,平均停留时间增大到505.22 s,在挡坝的两侧分别形成了明显的环流区。将单挡坝改为双挡坝后,V_p/V_d平均由原来1.77提高到2.63,死区比例平均也减少了6.0%,且各水口的稳定性最好,各流RTD曲线吻合度也最好,且存在3个大环流区和1个小环流区,水模型实验与数值模拟结果一致。     

板坯连铸中间包钢液流场的数值模拟和操作优化

以济钢第一炼钢厂4#板坯连铸中间包为原型,应用湍流流动数学模型对不同堰坝设计方案进行计算机数值模拟,优化中间包的堰坝设计。结果表明,对上口面积3500 mm × 800 mm、底部面积3200 mm × 650 mm的中间包,包内钢水深度为800 mm时,当挡堰高550 mm,挡坝高350 mm,挡堰与水口入口处距离800mm,挡堰与挡坝相对距离400 mm时,钢液具有较好的流动方式,有利于夹杂物上浮。     

180 mm×610 mm板坯连铸结晶器内流场水模型及数值模拟

以北方某钢厂断面为180 mm×610 mm板坯连铸结晶器为原型,针对其生产过程中出现的表面流速波动较大、易卷渣等问题,采用Fluent数值模拟软件,对其浸入式水口底部结构、浸入深度和拉速等工艺参数进行了优化研究,并对数值模拟结果进行了冷态水模拟验证。结果表明,当不改变浸入式水口底部结构,水口浸入深度为100 mm时,拉坯速度应不超过1.45 m/min;当拉坯速度提升至1.55 m/min时,水口浸入深度应保持在120～130 mm时较为合适;若要保持原有工艺条件(拉速为1.55 m/min、浸入深度为100 mm)不变的情况下,应将水口底部结构改为凹槽深度为10 mm的凹面水口,此时结晶器表面流速较为适宜。     

板坯连铸结晶器数值模拟

运用Fluent 6.3对板坯连铸结晶器进行数值计算,研究拉速、水口浸入深度及水口开口角度对流场的影响.结果表明:对于断面1400 mm×230 mm结晶器,随拉速增加,液面最大水平和垂直流速均增加,而窄边冲击点的位置基本不变,随距液面距离增加,窄边速度先增加后减小,直至趋向于零;当拉速超过1.2 m.min-1时,液面水平速度增加明显.随水口浸入深度增加,液面最大水平流速减小,浸入深度超过140 mm时,最大水平流速变化不明显;垂直于液面方向的最大速度逐渐增加;对窄边冲击点影响较小.随水口开口向下角度增加,液面最大水平流速减小后增加,水口开口向下12.5°时液面最大水平流速最小,而水口开口向下10°~12.5°时窄边冲击点速度最小.      

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。     

5流连铸中间包新型导流结构钢水流场的模拟研究

采用1:3水力学模型和数值模拟研究了常用的直和圆弧形导流墙结构和新型优化直和圆弧形导流墙加导流管结构的中间包钢水流场的特性。结果表明,优化的中间包结构提高了水口处钢水平均停留时间、响应时间和峰值时间,各个水口之间钢水的最大停留时间的差别也有所减小,明显改善了中间包的冶金效果。     

4流大方坯45 t中间包流场的物理模拟和冶金效果

通过几何相似比1:3的水模型对钢厂4流410 mm × 530 mm大方坯连铸机的不同结构的40～50t中间包进行流场、温度场以及流动特征的研究,并得出最佳控流装置。研究结果表明,为满足4流大方坯中间包对流场的要求,有通道式感应加热装置的中间包与无通道式感应加热装置的中间包优化出的最佳控流装置不同。对于无通道式感应加热装置的中间包,采用最佳方案(湍流控制器+带导流孔的"V"型挡渣墙+挡坝组合的控流方式),延长了近流水口响应时间及平均停留时间,各水口钢液的流动模式趋于一致,中间包内钢液的流动特征得到明显改善。生产40Cr钢实践表明,可连浇8炉,各水口最大温差为4℃,中间包钢液中T[O]约为10×10^-6。     

板坯连铸中间包流场模拟分析

针对鞍钢板坯连铸中间包,采用ANSYS系列软件对不同拉速下及增容后的中间包内的钢液流场进行了数值模拟计算.采用水模实验并利用粒子图像测速系统(PIV)对该中间包流场进行测试,其结果和数值模拟结果一致.     

板坯连铸单流中间包控流装置优化模拟研究

采用水力学模型试验,对太钢不锈钢板坯连铸单流中间包流场进行了模拟研究,并通过数值模拟进行验证,研究结果表明:该钢厂原型中间包流场存在严重问题,中间包内存在明显短路流现象,死区比例较大,钢液混匀效果差;通过正交优化试验得出最佳坝堰因素水平组合方案,使中间包流场得到改善;采用中间包气幕挡墙代替坝优化方案,使中间包流场得到进一步改善.根据水力学模型试验和数值模拟计算结果,结合钢厂实际情况,建议单流连铸中间包采用气幕挡墙代替坝的技术工艺,对于太钢不锈钢板坯中间包气幕挡墙最佳工艺参数:距离堰1 150 mm附近,底吹气量控制在120 L/min左右.     

ASF方坯八流中间包内钢液流场的模拟研究

以某钢厂的八流连铸中间包为研究对象,采用数值模拟方法对不同控流结构中间包内钢液流场进行了研究,并通过水模型实验和工业生产进行验证。模拟结果表明:ASF中间包内的挡墙和湍流器能够明显改善钢液的流动状态和温度分布,加上双坝后效果更佳,钢液的流动存在4个环流区,不仅增加了钢液的混合程度,而且中间包内钢液的温度分布更均匀且低温区较少。水模试验表明在空包中加入湍流器和挡墙能明显改善各流流动特性的一致性,且在其基础上加入双坝能进一步改善钢液的流动特性,与数值模拟结果一致,此外,工业生产也完全达到预期效果。     

六流小方坯中间包流场优化水模研究

为改善某钢厂六流小方坯中间包钢液流场,净化中间包钢水以及改善钢水的温度分布,通过合理设计正交水模试验,考察各方案中间包死区体积、多流一致性等参数,以及两者的综合指标,表明影响该中间包流场综合特性的主次因素顺序为:孔径大小→导流孔倾角→挡墙位置→挡墙高度,其中导流孔径55mm,向上倾角30°,挡坝距中端400 mm,高度250 mm,此方案流场较为合理。     

多流式连铸过渡包的结构优化

摘要：过渡包在薄带连铸过程中起到承上启下的作用,为了使结晶器入口钢液成分与温度更加均一,研究钢液在过渡包内的流动以及其出口钢液温度的分布对薄带连铸过程有着重要的意义。针对某钢厂多流式过渡包,提出在包内增加坝堰组合以优化钢液在包内的流态以及温度分布。采用数值模拟和物理模拟的方法,研究了过渡包内不同控流装置下钢液的流态和温度分布,同时通过各流出口的平均停留时间和温度值差来考察钢液分布的均匀性。研究发现增加坝堰组合后,过渡包内流态与温度分布更加均一且稳定,过渡包内设置坝高30mm,堰高30mm,坝堰间距120mm,堰距入口中心距离253mm为最优方案,其平均停留时间方差较原模型减少82%,各出口温度极差较原模型减少67%。数值模拟结果同物理模拟结果较一致。     

五流非对称结构中间包流动及传热特征数值模拟

为优化某钢厂非对称结构中间包内流体流动、均匀各流钢液温度、延长近水口平均停留时间,以达到提高铸坯质量的目的,对工厂原方案及两个优化方案进行流场、温度场及停留时间的数值模拟计算.结果表明无控流装置的原中间包流动及温度场分布不合理,优化方案有了明显的改善,并确定了最佳方案.     

侧孔长水口两流非对称中间包流场优化

 中间包流体流动直接影响连铸坯的质量,为了缩小非对称中间包两流之间的流动差异,利用水模型和数值模拟方法,研究了侧孔长水口中间包流体流动特性。研究结果表明：直通型长水口、圆形湍流控制器和单挡墙结构中间包两出口流体差异较大,侧孔长水口和多孔挡墙结构中间包两流之间平均停留时间差异是直通型长水口中间包的3/4,且近长水口侧出口的平均停留时间延长7.7%。     

不同挡墙挡坝组合对两流中间包内流场的影响

在相似理论的基础上,通过水力学模拟对两流板坯连铸中间包3种不同挡墙挡坝组合形式下包内流场进行研究.试验结果表明:方案1(挡墙-挡坝-端挡坝方案)挡墙与挡坝间距不合理,端挡坝未起到控流作用致使中间包内流体平均停留时间、峰值时间短,死区比例较大(27.9%);方案2(挡坝-挡墙-端挡坝方案)显著改善了中间包内流场状况,全混流区及活塞流区比例增加,死区减小为21%;方案3(双墙双坝方案)由于增加一组挡墙延长了流体流动的路径,流体在中间包内的停留时间明显增加,死区比例最小(16.7%),同时微观电导率波动值也最小(0.025 ms/cm),为3种方案之最优.     

板坯连铸中间包内夹杂物去除的数值模拟

以某厂50tT型2流中间包为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了三维有限体积模型,采用多相流模型对中间包内钢液的流动特性、温度分布与夹杂物去除规律进行了数值模拟,重点研究了不同堰-坝组合方式、湍流抑制器形状、拉速、夹杂物粒径等工艺参数对中间包内钢水平均停留时间、夹杂物上浮率的影响。结果表明:湍流抑制器对夹杂物的上浮去除影响不大;随着夹杂物粒径的增大,夹杂物的上浮率迅速增大;20μm以下的夹杂物则很难在中间包内上浮去除;随着拉速的增大,夹杂物的上浮率是不断减小的;采用堰A=300cm、坝B=400cm、方形瓦楞湍流抑制器、过滤器组合式控流装置时夹杂物的上浮去除效果最好。