八机八流中间包流场温度场数值模拟

采用数值模拟技术模拟八机八流中间包内流场温度场,分析金属液流场在中间包内从入口至不同出口的钢液运动轨迹,讨论金属液流场和温度场对卷气、卷渣的影响。结果表明,中间包出入口之间温差最大相差4.1 K。在八机八流中间包内的3、6号出口携带气体和夹杂物。     

五流T型中间包控流装置的优化

采用数值模拟的方法,研究了不同开孔挡墙的控流装置对五流T型中间包内钢液流场、温度场和夹杂物去除率的影响。结果表明:五流T型中间包添加控流装置之后,明显改善了中间包内的流场和温度场,且包内的死区范围减少,促进了钢液成分的均匀;中间包加开孔挡墙且孔向上倾斜45°,30μm的夹杂物去除率提高了11.5%,50μm的夹杂物去除率提高了9.1%,70μm的夹杂物去除率提高了5.8%,提高了钢液的质量。     

连铸中间包内流场与夹杂物运动的数值模拟

针对某钢厂方坯连铸中间包,应用数学模拟的方法进行了控流装置的研究,采用Fluent软件计算了中间包的流场、夹杂物的运动以及不同粒度、密度夹杂物的去除率。结果表明,中间包内设置一定的控流装置能够明显改善钢液的流动,提高夹杂物的去除率,尤其对小粒度夹杂物去除率的影响尤为显著。     

连铸中间包内夹杂物去除机理的水模型研究

通过选择乳状液滴模拟夹杂物和连铸中间包水模型实验,考察了控流装置、浇铸速度及夹杂物粒径对中间包内夹杂物去除行为的影响规律.结果表明:挡墙-挡坝组合控流去除夹杂物效果最佳,中间包内强湍流区夹杂物的碰撞、聚合以及向上和表面流速的增加是主因;中间包注流区加入冲击槽,虽然其流体流动特征发生改变,但对夹杂物去除率的影响并不显著;浇铸速度较高时,仅靠控流装置的优化已不能很好地改善夹杂物的去除效果.     

单流中间包底吹氩气去除夹杂物的数值模拟研究

以宝钢特钢提供的单流板坯连铸机的梯形中间包为原型,在中间包结构内部加装吹气装置,运用FLUENT软件进行了气-液两相流动、热传输和夹杂物去除的数值模拟研究。结果表明,当吹气量为0.3 m~3/h,吹气位置距离入口1 700 mm时,中间包内钢水流动状态得到明显改善,钢液流动更加合理,增加了钢液在中间包内的停留时间,促进夹杂物的上浮去除,夹杂物的总去除率为66.9%。     

过滤控流中间包流场及夹杂物去除的数值模拟

以60 t板坯连铸中间包为研究对象,采用雷诺平均方程、组分输送以及离散相模型分别计算了高拉速下中间包内钢液流场特征演变以及夹杂物运动轨迹和去除率。结果表明,采用多孔过滤控流装置后,10 μm的小夹杂物去除率提升了10%以上。与45°倾角过滤器中间包相比,55°倾角过滤器中间包的夹杂物去除率增加约5.3%,其顶部孔为水平方向,减小了卷渣与钢液裸露的风险。通过RTD曲线获得多孔过滤控流中间包的钢液停留时间缩短了30~50 s、死区体积比增加0.03%,但夹杂物去除率明显提高。因此,采用停留时间、死区体积比等宏观流场特征参数评估中间包内夹杂物去除效率的方法已不适应过滤控流装置中间包的开发研究,宜采用速度云图、夹杂物运动轨迹等微观分析方法评估其冶金效果。     

大方坯六流中间包少流浇注时钢液的流动行为

在连铸过程中,由于钢水不足或设备故障,为适应生产节奏,关闭多流中间包单个或多个水口是常见操作。然而,水口的关闭会导致中间包流场发生变化,并进一步影响到中间包内夹杂物的去除效率。为此,针对某钢厂重轨钢用大方坯六流中间包,应用数值模拟的研究方法对关闭不同单个水口时中间包内的钢液流动行为以及夹杂物去除情况进行了研究,得出了最佳关停水口方案,为中间包水口关停的选择提供了必要依据。研究结果表明,当中间包关掉任意一流浇注时,中间包内的死区体积均会略微上升;关闭第一流对于中间包内夹杂物的去除的影响最小,此时10、30、50、70、90 μm的夹杂物去除率分别由正常浇注时的12.4%、39.1%、74.2%、93.3%、95.6%变为14.7%、36.4%、76.4%、85.3%、93.8%。     

不锈钢连铸中间包内夹杂物去除行为数值模拟

针对中间包连铸过程中夹杂物的存在易导致铸坯出现质量缺陷的问题,以不锈钢连铸中间包为研究对象,通过数值模拟方法研究了控流装置、夹杂物密度以及夹杂物尺寸等参数对中间包内夹杂物去除行为的影响规律。研究结果表明,在设置堰坝和湍流控制器中间包内,密度为2 700 kg/m3,粒径为5 μm的夹杂物去除率为63.32%,而150 μm的大尺寸夹杂物去除率可达到89.04%。当夹杂物粒径为10~50 μm,密度为2 700~4 500 kg/m3时,夹杂物密度对夹杂物去除率影响较小。无控流装置中间包时,夹杂物在顶渣层呈以中心纵截面对称的分布;设置堰坝中间包时,挡渣堰坝两侧出现了70 μm以上夹杂物密集区;设置堰坝组合湍流控制器中间包时,夹杂物主要被限制在中间包第一腔室自由液面,研究结果对于进一步发挥不锈钢连铸过程中的中间包冶金功能具有指导意义。     

控流装置对四流中间包钢水洁净度的影响

为了研究控流装置对中间包钢水洁净度的影响,采用数值模拟和工业试验验证结合的方法对钢厂方坯连铸中间包进行优化。通过在原型中间包基础上增加U型挡墙,使得响应时间增加5 s,峰值时间增加371 s,改善了钢液在中间包内的短路流现象;平均停留时间增加53 s,死区体积分数减小4.1%,活塞区体积分数增加17.3%,改善了夹杂物上浮的条件;各流一致性水平也得到了提高。工业试验结果表明,在受钢区与浇注区之间增加U型挡墙,使得中间包钢液中夹杂物去除率增加了29.05%,中间包各个区域夹杂物最大尺寸最大可减小26 μm,铸坯上夹杂物去除率增加38.42%,铸坯上夹杂物最大尺寸降至16 μm以下。在中间包中使用U型挡墙,提高了钢水的洁净度以及铸坯实物的质量。     

超声处理对钢液中夹杂物去除和细化的实验室研究

研究了超声波处理去除钢液中夹杂物的可能性,以及超声波对钢中夹杂物细化的影响。实验结果表明,超声波单独处理可以去除钢液中Al_2O_3夹杂物,但去除率较低,在5%～12%之间,同时超声波对夹杂物产生细化效果,夹杂物平均直径减小,尺寸较小的夹杂物数量有所增加。     

板坯连铸中间包中夹杂物运动的模拟

中间包现在已成为去除夹杂物的一种精炼装置.通常在中间包内安装上下挡墙来改变流体流动和夹杂物的运动轨迹,提高夹杂物的去除率.利用软件进行模拟计算研究中间包内上下挡墙之间的距离,以及到入水口的距离对夹杂物去除的影响,从而合理地设计中间包内上下挡墙,使夹杂物去除达到最佳的效果.计算结果表明,上挡墙到入水口的距离和夹杂物的去除率间关系不明显,受到其他因素较大的影响;下挡墙与入水口越远,明显对夹杂物的去除越有利.上下挡墙之间的距离对夹杂物的去除没有明显规律性的影响.     

六流中间包夹杂物去除的物理与数学模拟实验研究

以某钢厂六流对称小方坯连铸中间包为研究原型,采用水力学试验和数值模拟相结合的方法研究多孔挡墙对中间包内夹杂物去除率的影响,并得到最优的中间包结构。实验结果表明,在中间包未添加多孔挡墙控流装置时,中间包夹杂物的去除率很小,水力学实验结果为61.51%,数值模拟实验结果为73.3%;采用优化后的30°多孔挡墙型挡墙后,中间包的夹杂物去除率得到明显改善,水力学实验结果为82.45%,数值模拟实验结果为83.0%,多孔挡墙的添加有助于中间包中夹杂物的去除。     

连铸中间包长水口位置对流场和夹杂物去除率的影响

通过对中间包流动过程测速及选择空心玻璃微珠模拟夹杂物,对1∶2的6流连铸中间包进行水力学模拟试验,研究了长水口位置改变对中间包流场、RTD曲线以及对中间包内夹杂物去除率的影响。结果表明,长水口与6个出口连线的垂直距离由800mm增大到1 000mm时,中间包注流区流场变化不大,活塞流体积增大,夹杂物去除率增大了28.76%,提高了中间包的冶金效果。     

中间包钢液中夹杂物去除的物理模拟研究

建立了中间包1[∶]3水力学模型,对某厂连铸中间包由28 t扩容至40 t后,进行中间包结构优化。通过分析中间包挡墙、挡坝和覆盖剂作用,研究了中间包结构对夹杂物去除的影响规律。夹杂物去除物理模拟与计算结果均表明：粒子粒度分别为－30～－50、－50～－80、－80～－100、－100～－180和－180～－300目时,在中间包基本结构下,夹杂物去除率分别为97.9%、75.7%、64.0%、60.3%和56.3%,相比于中间包基本结构,挡坝内移1 cm对于各种尺寸的夹杂物的去除率均有提高,各尺寸夹杂物的去除率分别为98.7%、82.3%、66.6%、62.9%、57.4%;用混合油模拟中间包覆盖剂,各尺寸夹杂物的去除率分别为98.9%、87.43%、75.14%、70.0%、63.4%,中间包夹杂物的去除率进一步提高。实际生产过程中,中间包改造后,夹杂物尺寸变小,夹杂物数量明显减小,夹杂物的数量较中间包改造前减少了53%。     

板坯连铸异型中间包卷渣水模型实验研究

为改善连铸板坯质量,通过水力学模拟研究了中间包内钢液的流动,并测量了在非稳定浇注条件下避免钢液卷渣的中间包内钢液的临界高度,确定了在中间包内设置抑湍器、坝和堰的混合控流方案。结果表明：中间包设置控流装置后,平均停留时间增加,有利于夹杂物的上浮;同时确定了中间包卷渣的临界高度。     

承钢板坯中间包结构研究

随着对钢质量的要求越来越严格,以及在钢包冶金方面的成功,已使人们不能再把中间包作为一个简单的容器使用,而是力争在中间包中进一步去除夹杂物,并防止钢液的再污染。中间包冶金有独特的理论特点和研究方法。作为一种连续操作的反应器,与转炉、电炉及钢包等间歇操作反应器的概念是不同的。中间包内基本的物理现象是钢液的流动,其他冶金过程包括钢液中夹杂物的去除、卷渣、温度和成分的均匀化等,都是流动的钢液中进行的。因此研究中间包内钢液的流动是中间包冶金的基础。承钢公司于2008年建成2机2流板坯连铸机,中间包容量45t,为了提高钢的清洁度,生产高质量产品,承钢对中间包进行控流装置试验,结合现场生产实际,优化设计中间包内部结构,从而保证中间包内死区比例小,以促进大型夹杂物的去除,延长钢液停留时间,促进温度和成分的均一,提高铸坯质量。     

八流中间包内控流装置结构的数理研究

针对某钢厂8流无控流装置中间包,应用物理和数值模拟方法进行了控流装置的优化研究.数值计算获得的结论与物理模型实验结果相吻合.使用优化的控流装置,利于夹杂物的上浮去除,延长了钢液在中间包内的平均停留时间,有效减小了各流间的停留时间差和钢液温度差,死区体积由48.2%下降至5.6%,中间包内流体的流动特性得到改善.     

导流孔设计对中间包冶金效果影响的数值模拟仿真

采用FLUENT对某钢厂八流T形中间包不同挡渣墙上导流孔的设计形式进行了模拟研究,计算了不同工况设置下中间包内的流场、温度场、钢液的停留时间分布,以及对夹杂物的捕获情况。结果表明:增大导流孔孔径和导流孔上倾角度,有利于均匀中间包温度场。增加导流孔的上倾角度可显著提升中间包夹杂物的去除率,这种效果比改变导流孔孔径对夹杂物去除率的影响更显著。综合计算结果分析,导流孔孔径为100 mm、上倾角度为25°时,中间包的冶金效果较优。     

加设控流装置的T型五流非对称中间包流动特性数值模拟研究

基于某炼钢厂非对称五流连铸中间包的技术改造,采用数值模拟技术对加设控流装置的连铸中间包内部速度场和温度场进行模拟计算,得到钢液停留时间分布(RTD)曲线.通过对无控流装置和加设控流装置的对比分析研究表明:设置合理的控流装置位置、小孔直径和开口方向的控流装置,能够明显改善中间包内的流动特性,使钢液的分配均匀,降低了死区的比例,有利于夹杂物的去除.     

钢液中夹杂物的行为特点和去除

分析了钢液中夹杂物的成分组成、来源、对产品质量的影响,讨论了钢液中夹杂物的上浮、碰撞凝聚以及吸附3种行为特点.介绍了夹杂物研究的物理模拟和数值模拟方法,以及吹氩技术、结晶器电磁技术、中间包过滤技术的要点.为满足优质钢对夹杂物含量的严格限制,应充分分析各生产环节夹杂物的来源及去除能力,考虑多种夹杂物去除方法综合运用的可行性,并充分利用物理模拟及数值模拟的灵活性,积极开展夹杂物的深入研究,提高钢液纯净度,提升产品质量和科技竞争力.