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.     

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。     

六流T形连铸中间包内控流装置优化的水模试验研究

通过水模试验研究,对六流T形连铸中间包内的控流装置进行了优化。通过试验选择了控流较好的多孔挡墙形状,优化了多孔挡墙的开孔方向;研究了不同形状的湍流抑制器对中间包内钢液的控流效果。     

两流连铸中间包控流装置的优化设计

针对两流连铸中间包,采用数值模拟方法,研究了12种控流装置对流体流动特性的影响。结果表明:中间包内不设置控流装置时,出流水口的响应时间和峰值时间均较小;合理的控流装置设计可延长钢液在中间包内的平均停留时间,提高活塞流区的体积,降低死区的体积。通过对流场和RTD曲线的综合分析,湍流控制器+坝的控流效果最好,中间包的死区体积分数减少到16.51%,死区所占的比例大大降低,浇注区由死区占主导地位变为活塞流占主导地位;不采用湍流控制器的挡墙也得到较好的控流效果,死区体积分数减少到24.32%。     

T型五流非对称连铸中间包内控流装置优化的水模拟实验

通过T型五流非对称连铸中间包水模拟实验,研究了控流装置对中间包内流体流动的影响。结果表明,结构合理的控流装置能够明显改善中间包内流体的流动特性,优化得出了中间包内控流装置的设计方案,为中间包内控流装置的设计提供了参考。     

八流一体式中间包流动和传热特性的研究

某钢厂的八流小方坯连铸机一体式中间包存在中间包流场不稳定且温度场不均匀,各流温度相差较大,最大相差6℃;采用正交试验的方法,利用数值模拟对中间包控流装置的试验方案进行流场、温度场以及流动特征进行研究,优化出新的控流装置。研究结果表明:原中间包控流装置下的中间包内钢液流场不合理,各流流动特征相差较大且温度差异明显,采用优化后新的控流装置后,各流钢液的流动模式趋于一致,且温差明显缩小,夹杂物去除率提高。实际冶金效果显著,生产Q235钢各流最大温差为4℃,连浇时间可达32 h且控流装置基本完好。     

优化高拉速板坯连铸中间包控流装置的水模型和数值模拟

通过建立模拟高拉速板坯连铸中间包内钢液流动的水模型和数值模拟,研究了挡渣墙、坝和抑湍器等控流装置对中间包内流体流动特性的影响.结果表明,有无冲击板对中间包流动特性的影响不大,抑湍器与单墙双坝的合理搭配对中间包内夹杂物有效去除的流动特性十分重要,否则会起负面影响.提出了一个控流结构优化设计的方案.     

4流大方坯中间包流动及传热特征的数值模拟

通过数值模拟对某钢厂新设计的4机4流大方坯连铸机的不同结构的中间包进行钢液流场、流动特性及温度场的研究,并以此优化出最佳控流装置。研究结果表明,为满足4流大方坯中间包对流场的要求,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,各流钢液的最大温差缩小到4K,温度均匀。     

八流一体式小方坯中间包结构的优化研究

通过数理模拟,对采用正交法设计的某钢厂八流一体式中间包控流装置的实验方案进行钢液流场、温度场及流动特征的研究,并以此设计出新的控流装置.研究结果表明,采用新方案(湍流控制器十带导流孔的“V”型挡渣墙+双坝组合的控流方式),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...     

五流L型连铸中间包结构优化的数值模拟

针对某钢厂十机十流连铸机中的一个中间包进行流场优化研究,进行了包括空包方案在内的7种方案的数值模拟。结果表明:未设置中间包控流装置时,钢液流动状况和一致性非常差,死区体积比例偏大。在中间包内添加湍流抑制器、挡墙和挡坝均可以明显改善钢液流动。此外,湍流抑制器+3孔(上一个倾角25°,下两个倾角30°)D1d挡墙+D2挡墙+挡坝B为最佳控流方案,使中间包五流钢液平均停留时间最大差值降为174.2 s,整体平均停留时间增加202.9 s,死区体积比例减小到20.6%。     

临钢板坯连铸机中间包物理模拟与数学模拟实验研究

以临钢炼钢厂1号板坯连铸机中间包的实际情况为研究对象,采用物理模拟和数学模拟相结合的研究方法,确定中问包内控流装置设置最佳方案。根据相似理论,在选择弗鲁德准数相似和实验模型与原型的几何相似比为0．5建立实验模型,进行物理模拟和数学模拟实验;并对中间包的内腔结构进行合理优化,优化后的中间包冶金效果明显,钢水流动状况较优化前得到较好改善,钢液流动合理,液面平稳且钢液温度更加均匀,钢液的平均停留时间延长,活塞流体积分率增加,夹杂物上浮指数提高,更有利于钢水的净化。     

四流H型感应加热中间包控流装置设计

针对国内某特钢厂新上的四流H型双通道感应加热中间包,为改善中间包内流体流动状态,设计了倒八字型与V型两种控流装置。应用数值模拟的方法对两种不同控流装置下的中间包流场、RTD曲线、温度场进行了模拟。结果表明,倒八字型控流装置平均停留时间1 469.6 s,死区体积比5.83%,边部水口与中间水口的最大温差3 K;与V型控流装置相比,平均停留时间延长了41.9 s,死区体积相应降低了4.09%,边部水口与中间水口的最大温差减少了2 ℃。湍流抑制器+倒八字型控流装置设计能更好改善四流大方坯H型双通道感应加热中间包流体流动性。     

控流装置对中间包流场影响的水模型研究

以相似原理为基础,建立1[∶]3的水模型,对某钢厂二流板坯连铸中间包进行研究。对挡坝孔大小及位置优化试验表明,随孔径的增加,平均停留时间先增加,后减小,孔径为90～120 mm左右时,平均停留时间最长;孔高和孔底与挡坝底部距离共同影响钢液在中间包内的平均停留时间和死区比例,总体来讲孔高较小对改善流场更有利,在挡坝的基础上添加小挡坝并不能有效延长钢液在中间包停留时间,但较高的小挡坝能有效增加钢液的滞止时间;优化后中包较原型中间包平均停留时间增加40 s,死区体积由原来的19.5%下降至9.0%。     

底吹气量对中间包钢液流动影响的数值物理模拟

利用水模型和Fluent软件对某厂两流板坯连铸中间包底吹气进行数值物理模拟,研究吹气量对中间包流场的影响.研究得出,不出现卷渣的临界吹气量为0.10 m3/h,此时中间包液面的最大流速达0.45 m/s.未吹气中间包液面的最大流速为0.24 m/s,吹气显著延长钢水在中间包内的峰值时间,但滞止时间和平均停留时间无明显延长.     

单流板坯中间包挡坝结构优化的数值模拟

以某钢厂单流板坯中间包为基础,采用数值模拟的方法对中间包挡坝结构优化前后钢液流场及夹杂物去除效果进行了研究。结果表明,挡坝优化后部分钢液通过斜上导流孔流出,减弱了钢水沿挡坝向上流动对液面产生的冲击,也避免了其沿包底直接流出形成的短路流。30°导流孔条件下中间包钢液平均停留时间最长,死区最小,流动状态最合理。当导流孔角度进一步增加,钢液流出导流孔后快速汇入挡坝后方的大环流导致停留时间减少。30°导流孔结构的夹杂物去除率相比于原结构提高约11%。当导流孔角度进一步增大,夹杂物去除率下降,但都略优于原始挡坝结构。新导流孔结构工业应用后,各类夹杂物评级结果均显著提高。     

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。     

控流装置对中间包钢水流场和洁净度的影响

为研究控流装置对中间包内钢水流场影响,采用水模型和工业验证相结合方法针对某钢厂板坯连铸中间包进行优化。通过对不同控流组合中间包的优化得出,湍流控制器+下挡墙组合最优;通过对下挡墙的位置和高度的优化得出,下挡墙高300mm、距长水口距离1900mm为最佳方案。优化中间包后,钢液在中间包内平均停留时间由304.1s增加至342.1s,死区比例由18.5%降至8.4%。工业试验表明,采用优化后中间包,IF钢铸坯平均氧质量分数降低了16.8%,平均氮质量分数降低12.5%,铸坯10μm以上夹杂占比由8.6%降至6.1%。     

六流方坯连铸中间包流场的物理模拟及结构优化

莱钢炼钢厂六流方坯连铸机自生产以来没有对中间包进行过物理模拟实验,目前对于中间包内的钢水停留时间、温度差异、非金属夹杂物的状态不是十分了解,通过物理模拟实验研究观察设计参数是否合适、流场是否合理,并在此基础上寻找合理的中间包控流装置,得到合适的中间包结构,为现场中间包优化提供依据,满足提高铸坯质量、生产高品质钢的要求。     

Optimization of flow control devices for a T-type five-strand billet caster tundish: water modeling and numerical simulation

The optimization of flow control devices(FCDs) for a T-type five-strand billet caster tundish was carried out by water modeling and numerical simulation. In water modeling experiments, flow characteristics of the bare tundish and tundish conf igurations with designed U-type baff les and a round turbulence inhibitor were analyzed using residence time distribution(RTD) curves. Mathematical models for liquid steel in the real plant tundish were established using the fluid dynamics software package Fluent. The flow field, the temperature field, and the RTD curves of liquid steel in the proposed tundish conf igurations were obtained. The results of numerical simulation and water modeling were validated with each other by the predicted and experimental RTD curves. The results of flow field and temperature field were used to ref lect the actual state of a real plant tundish and to choose the optimal FCD. Finaly, from the whole performance of the multi-strand tundish, the optimal scheme was determined by combining the results of water modeling and numerical simulation. With the optimal tundish equipped with U-type baffle with def lector holes and round turbulence inhibitor, not only was the flow characteristic of each strand improved, but also the difference of flow characteristics between multiple strands was smaller.