气幕挡墙及挡坝结构对中间包流场的影响

针对某钢厂中间包使用原挡坝时死区较大,流经挡坝钢液向上运动趋势不明显,流场不利于夹杂物上浮去除等问题,采用中间包水模型试验,对挡坝结构进行了优化,设置了气幕档墙.结果表明,提高挡坝高度,开向上角度通钢孔,并设置气幕挡墙,可有效消除浇注区及挡坝后死区,死区体积比降低46％;钢液向液面运动趋势增大,滞止时间提高23％,峰值时间提高16％.工业试验表明,中间包采用优化后的控流装置,夹杂物总量从14.4 mg/10 kg降为6.64 mg/10 kg,中间包钢液内大型夹杂物得到有效去除.     

高等级汽车板中间包冶金技术

高端汽车外板在后续轧制或冲压过程中发生夹杂缺陷的比例较高,为了进一步提高中间包冶金的效果,研究了中间包开孔挡墙对正常浇铸过程中夹杂物去除的影响。为了保证钢液洁净度一致,在中间包内一侧采用了不带孔的挡墙,另一侧采用了开孔型挡墙,浇铸过程中同时取中间包钢水及铸坯试样,并采用Aspex夹杂物自动扫描电镜进行分析。结果表明,正常浇铸时无孔挡坝有利于夹杂物在中间包内的上浮去除,有孔挡坝中间包内钢液流场存在短路流,钢液在中间包内停留时间短,夹杂物来不及上浮,随钢液进入到结晶器和铸坯中。因此,采用无孔挡坝中间包浇铸的钢液洁净度优于开孔挡坝中间包浇铸的钢液。     

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。     

鞍钢纯净钢的生产与质量控制

结合鞍钢生产实践,着重阐述了鞍钢纯净钢的生产工艺,从精炼设施耐火材料的选择和中间包冶金两方面分析了提高纯净钢的质量控制措施。结果表明,精炼工艺RH炉、LF炉及VD的组合使用,可以明显降低钢液中杂质元素的含量及夹杂物的形态、大小和数量;而精炼设备耐火材料恰当的选择和中间包冶金功能的合理运用,包括钢液保护浇注、加大中间包容量、改进中间包覆盖渣的性能及控制中间包钢液流动等,能有效促进钢中夹杂物的上浮和去除。     

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。     

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.     

钢包引流砂对中间包钢液洁净度的影响

为了研究钢包引流砂对中间包钢液洁净度的影响,对国内某大型钢厂使用的钢包引流砂对钢液中氧含量的影响进行了计算分析,同时对该厂的中间包渣样进行计算分析。经过计算得出钢包引流砂在开浇完成后随着钢液进入中包后滞留在中间包熔渣中,熔渣的氧化性会有所增加,由于氧在熔渣和钢液中的含量是成正相关的,钢包引流砂会增加钢液中氧含量,进而增加钢液中的氧化物夹杂,降低了钢液的洁净度。     

中间包底部吹气过程去除夹杂物效果的模拟研究

采用数值模拟手段,结合水模型实验模拟,研究了中间包底部吹气过程对中间包内流场及夹杂物传输行为的影响.结果表明,在吹气条件下中间包采用挡墙控制有利于改善中间包流场,促进夹杂物上浮在实验条件下双板斜孔挡墙控制去除夹杂物效果优于堰-坝挡墙控制形式.     

连铸中间包通道式感应加热技术

连铸实践表明,低过热度的恒温浇注对获得良好的铸坯质量和稳定操作是非常重要的。但是在连铸过程中,中间包存在各种热损失,需要外部热源加以补偿,其中之一是中间包通道式感应加热技术。综述了中间包通道式感应加热技术的设备构成、加热原理、流动特征、夹杂物去除机理及使用效果等。     

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%。     

中间包流场控制技术的进展

合理控制中间包的流场有利于促进钢液中夹杂物上浮、均匀钢液成分和温度。水模型试验和数值模拟是两种主要的中间包流场研究方法,各有优缺点应相互补充。数值模拟成本低廉速度快,但受限于边界条件的不确定性和湍流模型的局限性难以完全真实反映中间包内的流场。水模型试验能够较为准确地模拟中间包内流场,但无法准确模拟温度场、水口结瘤、覆盖剂和吹气等对中间包流场的影响。研究表明,湍流控制器对降低长水口钢液射流的湍动能、均匀钢液温度和成分、聚拢射流让其转向向上流动降低死区体积分数、延长平均停留时间和优化流场结构具有很好的作用。湍流控制器、堰、坝和导流挡墙合理组合,协同发挥的控流效果,优于单一控流装置的效果。合理调节堰与包底距离、挡坝高度、堰与挡坝距离、堰与出流口距离、挡坝开孔的个数、尺寸和角度,可以优化中间包流场,促进夹杂物去除。气幕挡墙对钢液进行气洗可以提高钢液洁净度。环形气幕挡墙解决了条形气幕挡墙夹杂物去除率低、且不稳定的问题,提高了夹杂物去除率。最后,中间包流场数学模型精细化,并考虑连铸过程中更多工艺与边界条件的影响是未来发展的趋势。对于中间包流场研究的特定问题,针对性设定优化指标,会使得优化研究工作事半功倍。水模型试验作为中间包控流技术的另一种重要研究手段,同样越趋精确化,不断有研究者以提高试验精度为目的在试验方法和测量原理上进行探索和创新。     

中间包气幕挡墙的夹杂物行为研究

介绍了中间包气幕挡墙的工作机理,分析了气幕挡墙对中间包内钢水流场和夹杂物的影响,气幕挡墙的位置和吹气量等对其冶金效果会产生显著的影响,认为设计合理的气幕挡墙可以改善中间包内钢水的流场,延长钢水停留时间利于夹杂物的上浮。另外,通过微气泡的吸附作用50μm以下的夹杂物去除概率明显增加。     

中间包微气泡冶金技术发展

中间包中生成微小气泡可显著促进夹杂物上浮去除。对中间包微气泡精炼技术进行了分析总结,并针对研究较为深入的长水口吹氩技术相关文献进行了详细分析。结果表明,利用中间包中钢液湍动能破碎气泡可形成高效去除夹杂物技术,一些新技术正在研发过程中,长水口吹氩技术具有良好前景;“冷钢片沾钢”工业试验表明,中间包长水口吹氩可在中间包钢液中生成弥散细小氩气泡,生成的绝大部分氩气泡尺寸小于2 mm;长水口吹氩生成微小气泡的过程可分为气泡在长水口壁孔脱附和脱附气泡在湍急钢流中被剪碎成微小气泡两个阶段,其中钢液湍动能对氩气泡的剪切破碎作用十分明显;长水口吹氩技术水模型研究较多,数值模拟研究相对较少,工业试验研究才刚刚开始,有待更进一步的深入研究。     

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。     

基于中间包冶金工艺优化对钢液温度场的研究

以首钢82B连铸凝固传热过程为研究对象,应用FLUENT数值模拟软件对首钢中间包结构优化,研究其对铸坯凝固传热和铸坯凝固质量的影响。研究表明：中间包结构的优化改造,通过减小纵向侧壁钢液液面高度处内壁宽度,适当减小中间包两端的体积,从而减小死区,优化中间包内钢液流动和温度场分布。有利于保持钢液流场的稳定,降低钢液对耐材的侵蚀和钢液中夹杂物的含量,夹杂物的控制保证了82B在拉拔过程中质量缺陷的发生。     

中间包传热边界对钢液流动及传热计算的影响

以某厂T型中间包为例,建立了中间包内钢液流动、传热数学模型。针对数值模拟中存在的传热边界条件的准确性问题进行探讨,引入了中间包包衬散热计算模型,得出关于中间包包衬结构的热流散失与内壁温度的关系,作为中间包内钢液流动、传热计算的边界条件。利用商用Fluent软件模拟计算,并比较分析了不同边界条件对中间包内钢液流动、传热的影响,结果表明提出的边界条件模型法使计算模拟结果更符合实际。