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。     

三流连铸中间包钢水流场的数学物理模拟

应用商业软件CFX及水力学模型,对三流连铸中间包钢水流场进行了模拟研究,分析比较了原型中间包和改造后中间包内钢水的流动状态。结果表明:数值模拟与水力学模型结果相符;原型中间包内存在明显的短路流,死区比例大,均超过了50%;通过改造中间包控流装置后,中间包内钢水流动状态得到了明显改善,死区体积比例大大降低,死区比例均控制在20%以内,最低的仅为9.41%。通过现场试验发现:中部水口出口与边部水口出口的钢水温差最大值由改造前的5℃减小到2℃;事故率明显降低,达到了预期的冶金效果。     

多流T型中间包流场和温度分布模拟研究

针对6流和8流T型连铸中间包内钢液的流动情况建立了数学模型,采用FLUENT商业软件计算了两种构造的中间包内钢液的流动状况和温度分布情况。比较不同出口之间钢液流速和温度分布的差异,研究结果显示8流中间包和6流中间包的温度场和速度场分布大致相同,但两种中间包内各出口的温度差却存在较大差异,8流中间包的最大温差较6流中间包大2 ℃。通过研究确定了有利于发挥中间包冶金功能的中间包设计方案,为中间包的设计优化和现场生产提供了理论依据。     

水平连铸5流中间包控流装置优化

为确保铝液水平连铸5流中间包控流的稳定性,利用数值模拟结合水模型试验,优化设计了中间包控流装置,以期获得更为均一的流场和温度场。结果表明,设计的优化控流方案,中间包内铝液流速在各出坯口处分布均匀,且整体接近于拉速;中间包内铝液最大温差由原始方案的15K下降至9K,降低了40%;各流口最大温差由7K降至2K,下降了71.4%。设计的5流中间包控流方案,有利于提高铸坯质量和稳定生产工艺。     

单流不对称中间包上下挡墙配合控流优化设计

以相似原理为基础,采用1∶2的水模型,研究了150 mm×1 268 mm板坯连铸单流不对称中间包内钢液的流动特征,通过对不同上下挡墙组合方式的研究,得出最优的组合方式,并与原型中间包的组合方式进行流场效果对比。结果表明,原型中间包控流装置的组合存在一些问题,通过正交试验得到上下挡墙的最优组合方案,优化后中间包的平均停留时间较原型提高了53.8%,包内的滞止时间较原型增加了13.75%,死区比例由41.20%降低至9.56%,活塞区比例增加11.33%,并且包内钢液的流动状态得到较大改善。     

30 t对称四流小圆坯中间包结构优化

为了优化某钢厂30 t对称四流小圆坯中间包的冶金效果,以该钢厂当前使用中间包为原型,根据相似原理,利用水模型模拟对其内部控流装置进行优化,测量不同情况下中间包的RTD曲线,进而计算出中间包内钢水的峰值时间、死区比例等指标。结果表明,原型中间包的中间包冶金效果不佳,根据优化方案,导流板每面开双孔时,较优方案为方案3,此时中间包死区比例为10.96%;导流板每面开单孔时,较优方案为方案18,此时中间包内死区比例为8.74%,但此中间包冶炼结束时,中间包内留钢量较大,经济成本较高。综合来看,使用双孔较优方案最佳。     

中间包温度场数值模拟研究

运用Fluent 6.3软件对中间包进行数值计算,研究了控流装置等因素对中间包温度场的影响。结果表明:中间包内控流装置结构越简单,入口和出口之间温差越小,整个中间包的温度场分布更加均匀。为减小注流区中间包熔池深度方向上的温度变化梯度,应增加中间包内挡墙与长水口之间的距离;为提高中间包内温度场的均匀性,应适当增加中间包长水口浸入深度,控制中间包的熔池深度,本试验中间包熔池深度应控制在1 200 mm左右,模拟结果在现场得到了有效验证。     

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。     

七机七流中间包少流浇注的研究

通过水模型实验,以KCl为示踪剂,采用刺激响应法,对某厂七机七流中间包少流浇注进行了研究。研究发现,多流中间包停浇位置不同,对中间包内流场的影响不同,需要进行对比研究,以取得较好的中间包冶金效果;停浇1流时,第二流或者第六流停浇中间包各流参数较好;停浇2流时,第二流和第六流同时停浇,中间包冶金效果较好。     

三流大方坯连铸中间包流场优化数值模拟研究

以三流大方坯连铸中间包为研究对象,建立了基于有限体积法(FVM)的中间包钢液流场和温度场耦合数值模型,对比分析了裸包和加控流装置中间包的冶金性能。结果表明:裸包状态下其中间流存在明显的短路流,死区比例大,且三流之间流动形态一致性差,钢水出口温差超过3 K,易导致铸坯质量的差异。通过合理设计挡墙和挡坝,中间包内钢液的流动状态可得到明显改善,死区比例大大降低,各流出口温差可控制在1 K以内。其中方案D挡墙加高挡坝工况下各流死区比例相对较低,对比裸包可分别降低17.9%和9.6%,且三流间流动状态更为接近,有利于更好地发挥中间包的综合冶金效果。