中间包流场数值模拟

利用大型流体计算软件Fluent,对马钢连铸中间包的流场进行数值模拟.将模拟计算结果与现有中间包存在的实际现象对比表明,中间包在现有结构条件下分流和控流装置获得的流场分布不利于中间包钢水中夹杂物的控制和去除.通过改变原有中间包挡墙结构,从而改变中间包内流场分布,彻底改变了中间包中的流型结构,延长了流体质点的运动轨迹,增加了钢液的平均停留时间,为微型夹杂物的去除提供了有利条件.     

板坯连铸中间包结构优化的研究

结合某公司双冲击点板坯中间包生产现状,利用水模实验对中间包内钢水流动特性进行了研究.结果表明：原中间包结构存在明显的短路流,钢水停留时间偏短,死区体积分率偏高,不利于夹杂物上浮去除.同时,由于在高度较大的两湍流控制器间钢水不能流出,影响金属收得率.这种具有双冲击点的中间包,应按照对称的两个单流板坯中间包进行结构优化.采用小高度湍流控制器加上下挡墙的控流方式时,由于钢水流经路径增长和全混流体积分率增加,响应时间增长,死区体积分率显著减小至15%以下,有利于夹杂物上浮去除.同时,将小高度湍流控制器和门式开孔导流坝相结合,残钢量显著减小,有利于提高金属收得率.     

连铸中间包内流场控制优化水模实验研究

根据相似原理,研究了原设计方案和优化改进方案对中间包流场的影响。采用刺激-响应实验方法测得中间包流体的平均停留时间分布(RTD)曲线,并得到不同方案控流装置对中间包流体流动的影响,从而优化对中间包流场的控制。研究结果表明:方案4中活塞区体积分数增大了42.44%,钢液平均停留时间延长了500s左右,并且提高了中间包各流之间的钢液均匀性,从而促进夹杂物的上浮去除。     

板坯连铸中间包下渣量及影响因素水模型研究

对我国某钢厂单流板坯连铸机中间包进行了水模型实验研究，测定了不同条件下中间包的下渣量和中间包钢液的RTD曲线及平均停留时间，用NOSA统计软件对测试结果进行了数据处理。研究中发现，中间包下渣量与浇注高度、中间包结构、控流元件的位置和高度、大包换包及换包时中间包液面高度有关。同时还观察到，采用阶梯型结构的中间包，在每一个中间包浇注最后一炉时，既可以降低中间包下渣量，又可以提高金属收得率。     

七流连铸中间包流场的数值模拟

采用FLUENT软件对中天钢铁集团公司七流连铸中间包内型流场进行数值模拟,研究速度矢量、湍动能和流体迹线分布规律,分析中间包内有无C型挡墙加入的流场特征.模拟结果表明,加入C型挡墙使中间包的湍动能主要集中在入口区域,利于延长包内各流的平均停留时间,减小死区体积分数,包内各流流动更加均匀,有利于钢液温度和成份的均匀.     

中间包隧道式过滤器的物理模拟

在1∶2的中间包水模型上,采用物理模拟的方法对中间包安装隧道式过滤器前后的流场进行研究,分析过滤器出口角度、挡坝高度等因素对流场的影响。结果表明:中间包隧道式过滤器不仅能过滤钢液,还能与其他控流装置组合使用,优化中间包流场,为进一步降低钢中夹杂物提供了一种选择;方案为过滤器出口角度20°,挡坝高度350 mm,能够很好地优化中间包流场,有效降低死区体积分率,增加活塞区体积分率,延长钢液的平均停留时间,使夹杂物上浮去除条件得到进一步改善。     

单侧孔长水口优化异型四流中间包流场

采用数值模拟方法研究了不同形式长水口下异型四流中间包的钢液流场和停留时间分布特征.数值结果表明：原型中间包存在较大的死区,各流流动情况存在着巨大的差异,而把直通型长水口替换成单侧孔型长水口之后,中间包死区比例减少,各流流动差异性基本上被消除.在挡墙的左侧产生了旋转流场,有利于夹杂物的碰撞聚合和去除.     

小方坯连铸机中间包流场研究

应用湍流流动的数学模型研究小方坯连铸机中间包内钢液的流动与混合,该模型包括求解三维湍流的 Navier—Stokes 方程和 K—ε两方程模型。对抚顺钢厂现有中间包的流场和停留时间作了模拟与分析,并预报了改进后的流场和停留时间,用小规模的模型实验所得的结果与计算机模拟的结果吻合很好。结果表明:改进后的中间包流场方式大大优于原中间包,对于连铸合金钢是很有意义的。     

小方坯连铸机中间包内钢液流动水模试验研究

在小方坯连铸机四流梯形中间包内,使用不同形状的冲钢砖对钢液流动状态的影响,进行了水模试验研究。试验发现,注流的旋转散乱与中间包内钢液的流场有密切关系。通过水模的多次试验找到了较合理的冲钢砖结构,使钢液的流场更趋合理,消除了注流的旋转散乱状态。     

五流大方坯连铸中间包流场与温度场数理模拟的研究

基于数理模拟,对五流大方坯连铸中间包内钢水流动特性及温度场进行了研究.物理模拟结果表明:采用湍流控制器可明显延长钢水的响应时间和停留时间,采用梯形围墙有利于钢水在各流间合理分配,在2#、4#流水口下游设置挡坝,能够进一步改善中间包内钢水的流动特性.当采用稳流器+梯形围墙+挡坝的控流方式时,各流的流动特征参数一致,死区体积在25.0%以下,平均停留时间达15 min以上;数值模拟结果表明,采用本研究开发的控流方式,中间包内钢水温度分布合理,包内钢水最大温差在10℃以内,各流间出口钢水温差为2～3℃,有利于发挥中间包的冶金效果,保证连铸生产顺行和铸坯质量.     

CSP中间包内腔优化的数值模拟

针对CSP中间包内冶金过程,建立中间包内钢水流场、温度场、夹杂物运动的数学模型,对不同挡墙和挡坝的5种组合方案的中间包钢水,从流动、传热和去夹杂能力等方面进行分析。结果表明:不同挡墙和挡坝的组合方案中,方案5效果最佳,其结构合理,钢液停留时间有效延长,利于夹杂物的上浮;没有明显的低温区域,中间包出口与入口的温差为5℃;对50μm的夹杂物能去除98.4%,对40μm的夹杂物去除率达到92.3%。     

连铸中间包耐火材料的冲蚀特性与控流装置的优化设置

中间包内耐火材料的损毁是化学反应、热应力与钢液流动的协同作用所致,中间包内控流装置发生侵蚀的主要原因是钢液对耐火材料的冲蚀。对设置有湍流控制器、挡渣堰、挡渣坝的中间包耐火材料的冲蚀特性进行数值模拟计算与分析,结果表明,中间包内冲蚀最严重的部位是在湍流控制器及冲击区包壁上部1/3处,其次是挡渣堰迎向钢液流动一侧壁面;随着挡渣堰与钢液入口距离的增加,钢液对挡渣堰、挡渣坝的冲蚀强度下降;根据停留时间分布（RTD）曲线设置中间包控流装置时,应考虑钢液对耐火材料的冲蚀特性。     

Dispersive bubble wall--a new method of flow control in tundish

Tundish is the last refractory vessel in the steelmaking process. The fluid flow phenomena in tundish have a strong influence on the separation of non-metallic inclusions. The dispersive bubble wall (DBW) is a new method in tundish metallurgy. A water model of a multi-strand tundish has been set up based on the Froude number and Reynold number similarity criteria. The effect of DBW weir on the flow pattern has been studied. The results show that this new structure of DBW weir is beneficial not only to uniform the temperature among different submerge entry nozzles but also to separate non-metallic inclusions from liquid steel. The DBW can capture the particles of non-metallic inclusions and make them float up to the surface.     

Dispersive bubble wall——a new method of flow control in tundish

Tundish is the last refractory vessel in the steelmaking process. The fluid flow phenomena in tundish have a strong influence on the separation of non-metallic inclusions. The dispersive bubble wall （DBW） is a new method in tundish metallurgy. A water model of a multi-strand tundish has been set up based on the Froude number and Reynold number similarity criteria. The effect of DBW＋weir on the flow pattern has been studied. The results show that this new structure of DBW＋weir is beneficial not only to uniform the temperature among different submerge entry nozzles but also to separate non-metallic inclusions from liquid steel. The DBW can capture the particles of non-metallic inclusions and make them float up to the surface.     

宝钢板坯连铸机中间包三维流场数模研究

本文根据宝钢板坯连铸机中间包的形状和操作工艺参数,建立了一个钢液流动的三维数学模型,并利用数值计算结果,分析了宝钢中间包上、下挡墙结构对钢液流场的影响。结果表明,这种结构的中间包,有较合理的钢液流场。可避免钢渣卷入钢液流向水口进入结晶器,也有利于钢液内的夹杂上浮排除。     

Fluid Flow in Tundish Due to Different Type Arrangement of Weir and Dam

Tundish is an important metallurgical reactor in the continuous casting process,In order to control the fluid flow in tundish and thus take full advantage of the residence time available for the removal of inclusions from molten steel,the effect of weir and dam on the fluid flow has been studied in a water model based on the characteristic number Froude and Reynold number similarity criteria.The residence time distribution curves of the flow were measured by SG800,The optimum arrangement of dam and weir and the nonstationary flow in tundish were discussed.The results show that the comnbination of weir and dam is benefit for the flow pattern in tundish,weir can prevent the upper recirculating flow.dam can cut off the bottom flow and turn to upwards,it is advantageous to separate the nometallic inclusions.Furthermore,it is importnat to exceed the critical depth of bath during exchange ladles,not only for the inclusion floatation but also for avoiding tundish slag drainage earlier.     

底吹气中间包内流动与夹杂物控制

以宝钢集团梅山钢厂1台连铸中间包为原型,采用水模型的方法对底吹气中间包内的流动和夹杂物控制进行研究.结果表明,采用自行设计的装置进行底吹气,能够在中间包内形成均匀、稳定而又细小的气泡;底吹气能够在中间包内形成微气泡形式的"气幕挡墙","气幕挡墙"的形成能有效地破坏中间包内"层流"结构的流动形式,避免形成短路流动,提高平均停留时间,缩小死区体积分率;在吹气位置的选择上,采用中部位置(B2)进行吹气,效果较好;采用底吹气的方式可以实现对中间包内流动的控制,且不需要大的气体流量;底吹气有利于中间包内夹杂物的去除.