结晶器/铸坯气隙内渣膜润滑行为的数学模拟

建立了连铸保护渣润滑行为的数学模型,对不同连铸工艺参数对结晶器内铸坯摩擦力的影响进行了预测和讨论.结果表明,对于一给定的保护渣,存在一个最佳拉坯速度,低于或高于这一速度都会使摩擦力增大;增大结晶器振动的振幅、频率和结晶器倒锥度,铸坯所受到的摩擦力增大.     

连铸

连铸结晶器非正弦振动振幅的确定，BAO含量对结晶器保护渣润滑和传热行为的影响,连铸结晶器保护渣结晶性能的研究,攀钢大方坯连铸漏钢原因分析及预防措施,宽板坯连铸结晶器内钢液流动的数值模拟.[编者按]     

结晶器弯月面液渣周期性流入行为与机理解析

把握弯月面处液体保护渣随结晶器振动的周期性流入机理与控制要素，是稳定和提高连铸坯表面质量的前提。考虑弯月面区域钢液-保护渣-空气三相的几何、接触和运动特性，建立了耦合钢液传热、坯壳凝固与液渣流动的数学模型，预测结果与实际测量以及相关报道吻合，模拟分析了液渣的周期性流动和流入行为。围绕影响保护渣流入和消耗的主要因素，重点研究了液渣流入的周期性行为，探讨了一个振动周期内液渣的流入量、流入速度与渣道宽度的变化特点。通过界定和解析弯月面附近不同区域液渣流入的贡献和规律特征，对主导液渣流入的影响因素和作用机制进行了分析。结果表明，在一个振动周期内，保护渣向渣道的流入过程分为2个阶段和2种过渡状态。在第一阶段，流入的液渣主要由靠近弯月面钢液顶部的区域提供；在第二阶段，流入的液渣基本由靠近渣圈的区域提供；处于过渡状态，2个区域液渣流入渣道的量是此消彼长的过程。在弯月面区域，水平方向速度是制约液渣流入渣道入口或远离渣道入口的主要因素，垂直方向速度是影响液渣流入区域与瞬态流入量的关键，并且瞬态流入量受矢量速度分量与渣道宽度共同的影响。在此模拟条件下，液渣在整个振动周期均流入，流入量峰值为正滑脱中期，流入...     

电磁搅拌条件下结晶器内钢液多相流动和卷渣现象的大涡模拟

针对大方坯连铸结晶器内的流动和卷渣行为进行了三维数值模拟仿真,应用大涡模拟模型模拟湍流、应用VOF模型模拟渣相?钢液和空气?渣相?钢液的多相流。研究对比了钢液单相流动、渣相?钢液两相流动和空气?渣相?钢液三相流动3种模型下结晶器内的流动、钢?渣界面液位形状和波动及卷渣行为,并通过工业用计算机断层成像技术（工业CT）检测了连铸坯中大颗粒卷渣类夹杂物数量随着电磁搅拌电流强度的变化。结果表明,在150 A、2 Hz结晶器电磁搅拌下,3种模型得到的结晶器内钢液流场差别较小,但在钢?渣界面处差别较大。钢液单相模型下钢液表面流动速度比其他两种模型钢?渣界面处的速度更大。渣相?钢液两相模型和空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率分别为0.00118和0.00040 kg?s?1。渣相?钢液两相模型条件下,由于上表面即渣的顶面不能弯曲,所以钢?渣界面处的湍动能没有得到耗散,所以比三相模型的湍动能更大,因此其预测的卷渣速率偏大。当搅拌电流强度增大到300 A,渣相?钢液两相模型和空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率分别为150 A条件下的5倍和15倍;当电流频率增大到4 Hz,渣相?钢液两相模型的卷渣速率变化很小,空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率降低为2 Hz条件下的1/3。因此,为了正确的模拟和预测结晶器钢?渣界面处的卷渣行为,必须使用空气?渣相?钢液三相瞬态模型进行模拟仿真。      

连铸结晶器弯月面处保护渣的流动行为

引入变量ｍ（冲量密度）和Ｙａｎｇ－Ｍｉｌｌｓ规范变换ｍ＝ｕ＋ｇｒａｄХ,将原始变量的Ｎ－Ｓ方程转化为规范不变量形式,用自由质点法处理Ｃｏｒｏｎｏｉ元,对连铸结晶器弯月面处保护渣流动行为进行数学模拟。输出振动周期内的动态流场,然后结合一组试验数据进行计算,计算结果与实际情况相吻合,进而讨论了渣圈对液渣流动为的影响。为研究结晶器弯月面处保护渣的行为和铸坯振痕的形成提供了一定的依据。     

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座

连铸结晶器中钢液的流动方式对去除钢水中的夹杂物，防止卷渣和铸流冲刷凝固层十分重要，介绍了板坯连铸结晶器中的钢液流动和水口出口倾角，水口浸入深度及浇铸速度等参数对流动行为的影响，同时概括了小方坯弧形结晶器中钢液流动特点。     

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十四讲 连铸结晶器中的钢液流动

连铸结晶器中钢液的流动方式对去除钢水中的夹杂物、防止卷渣和铸流冲刷凝固层十分重要。介绍了板坯连铸结晶器中的钢液流动和水口出口倾角、水口浸入深度及浇铸速度等参数对流动行为的影响，同时概括了小方坯弧形结晶器中钢液流动特点。     

连铸结晶器内钢水卷渣的机理与控制

通过物理模拟手段,对高拉速条件下结晶器内钢水流动和液面卷渣行为进行了研究,分析了操作参数对结晶器内部工艺过程的影响,并提出了防止结晶器卷渣的措施.     

结晶器振动参数与拉坯速度的匹配关系

本文给出了实现负滑脱振动的结晶器振动参数与拉坯速度的一般关系式，分析了振动基本参数对结晶器振动工艺效果的影响，建立并讨论了振幅、频率、波形偏斜率与拉坯速度的匹配关系。     

基于数值模拟的结晶器卷渣在线预测方法

 结晶器保护渣卷入到钢液中后容易被生长的凝固坯壳捕获,最终在冷轧板上形成由卷渣引起的表面缺陷,会严重恶化钢产品的质量。结晶器液面卷渣现象受到钢液成分、温度、流动方式和吹氩流量的影响。结晶器表面钢液流速大小是反映钢渣界面是否发生卷渣的重要参数,但在实际浇铸过程中,不能在线预测不同拉速、吹氩流量和水口浸入深度下结晶器表面钢液的最大速度。提出一种基于板坯连铸结晶器内多相流动数值模拟的结晶器卷渣在线预测方法。首先,建立结晶器内三维多相流动数学模型,模拟不同拉速、吹氩流量和水口浸入深度下的钢液流动行为;其次,对计算得到的表面钢液流速的最大值进行拟合,得到固定浇铸断面下结晶器表面最大流速的预测公式;最后,通过某钢厂的插钉板工业试验验证了所提方法的准确性。研究发现,不同浇铸参数下表面钢液流速沿结晶器宽度方向呈现先增加再减小的变化趋势,在结晶器宽度1/4位置具有最大值。钢液流速在较小和较大拉速下分别在窄面和水口附近具有较大值;在较小和较大吹氩流量下分别在水口和窄面附近具有较大值;随着水口浸入深度增加,钢液流速在水口和窄面附近变化较小。基于拟合的钢液流速公式,通过比较最大钢液流速与钢渣界面发生卷渣的临界流速,实现了结晶器卷渣的在线预报。     

薄板坯连铸漏斗形结晶器内卷渣行为物理模拟

针对高拉速下薄板坯连铸结晶器内的液面卷渣问题，建立了1∶1水力学模型，采用水/真空泵油模拟钢/保护渣介质，研究了连铸拉速、水口插入深度、保护渣黏度对漏斗形结晶器内液渣层变化及卷渣行为的影响。结果表明，随着拉速提高，结晶器内液面波高升高，液面高度自窄边向水口方向逐渐降低，液渣层厚度相应由薄变厚，导致结晶器窄边附近钢液裸露；结晶器内窄边至水口之间1/2处波高变化较大、液面流速最大、易发生剪切卷渣。在试验条件下，采用增加水口插入深度、降低最高拉速、适当提高保护渣黏度等方法，使液面速度小于0.486 m/s的临界流速、液面波动指数F数小于5.45,可防止结晶器内产生剪切卷渣。然而，这些手段不能避免结晶器内水口附近的旋涡卷渣，这是因为薄板坯连铸钢通量大以及漏斗形结晶器和鸭嘴形水口容易形成负压旋涡造成的。     

薄板坯连铸结晶器内涡流及卷渣行为的研究

利用1／4水模型对薄板坯连铸结晶器内的涡流及卷渣行为进行观察研究。在实验中考察了水口形状、水口浸入深度和浇铸速度等对漩涡及卷渣行为的影响,并考察了偏流以及在水口与结晶器宽面之问加翼片,阻止结晶器表面流股相互流动的漩涡（卷渣）现象。     

振痕生成机理初探

探讨了结晶器使用保护渣润滑和油润滑时铸坯生成振痕的机理，并讨论了结晶器振动频率、振幅和拉坯速度等因素对振痕宽度和深度的影响。     

板坯连铸结晶器内钢液流动过程的模拟仿真

板坯连铸结晶器内钢液的流动方式对去除钢水中夹杂物，防止残渣和保护渣卷入钢水，防止注流冲刷凝固固造成漏网和拉裂很重要。本文开发了描述结晶器内三维湍流流动的数学模型和计算程序Ｍｏｕｌｄ１．０，对结晶器内的流动现象进行了模拟研究，观察了双侧孔浸入式水口的张角和浸入深度及浇铸速度对结晶器内流动行为的影响。计算模拟结果与实测结果进行了比较。     

宽板坯连铸结晶器内卷渣现象试验研究

结合宽板坯连铸结晶器的4种断面尺寸,采用1:1水模型进行试验,研究了浸入式水口吹气量、水口浸入深度、水口吐出孔数、水口底部形状、拉速和结晶器断面宽度等工艺参数对结晶器内流体流动行为的影响情况,观察到结晶器内水口周围有旋涡卷渣和液面扰动卷渣,断面1/4区域是液面扰动卷渣,窄面区域有"类旋涡"卷渣和剪切卷渣.结果表明,结晶器内的卷渣与各种工艺参数是相关的,对工艺参数进行优化,就可减少卷渣的发生.     

连铸振动结晶器内液态保护渣消耗机理

通过引入材料学中变截面悬臂梁理论,计算了连铸结晶器弯月面以下初凝坯壳受力,分析了结晶器正弦振动条件下初凝坯壳变形行为,并阐明液态保护渣消耗机理.结果表明,保护渣消耗于正滑脱中后期至下一个正滑脱前中期,包括整个负滑脱时期,负滑脱中期渣道宽度是保护渣消耗的限制性因素.通过增大黏度、振频和振幅使负滑脱时期内保护渣消耗量降低,从而增大了正滑脱时期内渣耗占整个周期内渣耗的比重,使正滑脱时期成为保护渣的主要消耗期.反之,负滑脱时期为保护渣主要消耗期.     

SEN底部形状对结晶器内钢液流场和温度场的影响

针对某钢厂板坯连铸结晶器及浸入式水口(SEN)的结构参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,应用FLUENT软件对结晶器内钢液的流场和温度场进行耦合计算,分析SEN底部形状对结晶器内流场和温度场的影响,并利用水模试验对钢液的流动行为进行了验证。结果表明:凸底水口出口附近钢液的速度较大,流股的冲击深度较大,使结晶器内高温区下移,不利于凝固坯壳的生长;平底水口自由面速度较大、温度较高,有利于保护渣的熔化,但易产生液面裸露现象;凹底自由面速度较小、温度较低,有利于液面稳定。     

高速连铸结晶器内卷渣机理及其控制研究

利用物理模型研究了高拉速条件下结晶器内的卷渣机理,考察了保护渣粘度、操作参数对结晶器内弯月面波动和卷渣行为的影响。研究结果表明：在高拉速条件下,表面回流卷混是引起卷渣的主要方式,表面速度可以作为判断卷渣发生的特征参数。此外,本研究还给出卷渣发生时的临界表面速度,提出了避免卷渣的改进措施     

结晶器非正弦振动对结晶器润滑和铸坯表面质量的影响

运用结晶器润滑效果的理论,通过对结晶器振动参数与结晶器内液体摩擦力及保护渣消耗关系的理论计算,获得增加结晶器振动频率能提高保护渣的消耗量以及提高结晶器振动偏斜率能降低结晶器内液体摩擦力的结论。冷镦钢SWRCH35K 160 mm×160 mm铸坯的应用表明,结晶器振动频率从160 c/min增加至190 c/min时,保护渣消耗量从0.35 kg/t增至0.39 kg/t;并且结晶器振动偏斜率从0.20增至0.25时,结晶器内液体摩擦力降低,显著改善了铸坯表面质量。     

连铸过程中结晶器保护渣粉消耗量的评价

结晶器保护渣流入结晶器和坯壳两者之间的现象对连铸工艺控制及产品质量是非常重要的，在本试验研究中，用一个称为“结晶器模拟器”装置，测定了不同种类保护渣的消耗量。基于实验结果获得了如下结论：保护渣消耗量Q受保护渣特性，如粘度η结晶温度Tcs等的影响，也受结晶器振动、振幅A、频数f、铸速Vc以及正弦振动对非正弦振 的变形率等影响。作为结果，获得保护渣消耗量的计算公式：Q=K.β/T^1.6√ηA^0.4/Vccos^-1[-1000Vc/2πfA]。当改变保护渣特性和结晶器振动振幅时，则使用该公式可发现满足要求的操作条件。