双通道感应加热中间包的三维磁流热耦合模型

 结合感应加热的中间包冶金是当前提升特殊钢连铸洁净度和质量稳定性的前沿技术。针对大方坯连铸用T型六流中间包,利用流动-传热耦合模型研究了控流装置对具有双感应加热通道中间包冶金行为的影响,首先获得了不开启感应加热工况下中间包的优化控流结构;进而通过对该结构进行电磁-流动-传热耦合模拟,研究了感应加热的控流和热补偿作用。结果表明,通过提高加热通道高度并配合双挡坝结构可进一步改善流体流动状况、提高各流一致性。其中,在不开启感应加热时,优化后中间包较原型死区比例由31.4%降低为17.6%,活塞区比例由19.1%提高为39.1%,平均停留时间标准差由99.6减小到40.3 s。开启感应加热后,中间包内流场有显著变化,通道出口钢液具有明显的上升流,这将有利于夹杂物的上浮去除。开启感应加热30 min后较未开启感应加热时中间包各出口平均温度由1 798.1升高为1 827.3 K,这表明感应加热可有效补偿钢水浇注过程中的热损失。这一功能有利于实现低过热度恒温浇铸,从而也有助于提高中间包控制铸坯洁净度和铸态组织一致性的综合冶金效果。     

低碳铝镇静钢中间包浇注过程夹杂物的行为

 通过对BOF-Ar站-CC炼钢流程生产低碳铝镇静钢的中间包不同浇注时间取样及正常坯的取样,采用氧氮化学分析、光学显微镜以及扫描电镜-能谱(SEM+EDS)等多种方法研究了中间包浇注过程夹杂物特征的变化。结果表明：每炉钢包开浇时与浇注末期,钢中T[O]含量均高于浇注中期的T[O]含量,这是由于换包过程中钢水被二次氧化;中间包钢水及正常坯中的夹杂物,按照其形貌与成分可以分为以下3类：Al2O3基夹杂物,MnS基夹杂物,来自中间包覆盖剂或者钢包下渣所卷入的外来夹杂物。中间包及铸坯中的夹杂物主要以1~4 μm的Al2O3为主,同时在铸坯中发现了大量的MnS夹杂物,使铸坯中夹杂物的数量密度升高。当钢液中硫含量较高时,铸坯中气泡+Al2O3类型的夹杂物增加。在当前的工艺条件下,交换钢包之后的开浇阶段与浇注末期,钢水的二次氧化对铸坯的洁净度产生重要影响,同时应合理控制钢中的硫含量,减少铸坯中气泡+Al2O3类型的夹杂物,避免钢液在凝固过程中析出大量的MnS夹杂物。     

中间包内部结构对铸坯洁净度的影响

通过1:2.5中间包水模型试验对4流25 t两种控制装置中间包内流场进行了研究,并通过工业生产试验了原中间包和改变挡墙侧导流孔孔径、倾角,并增加湍流控制的改进型中间包对325mm×280 mm GCr15钢铸坯洁净度的影响。结果表明,改进型中间包能增加钢液在中间包内的停留时间,减小中间包的死区比例,提高夹杂物的去除率。与原中间包相比,从改进型中间包到铸坯过程钢中总氧去除率提高,大型夹杂物含量降低44.9%。     

18 t三流非对称中间包流场数值模拟

针对三流非对称中间包,运用ANSYS Fluent软件对其控流方案进行模拟,比较不同方案下钢液的流场、温度分布和停留时间分布（RTD）特征。模拟结果显示:原方案中有明显的短路流出现,各个水口钢液的流动一致性差,3个水口的实际停留时间分别为459.44 s、519.43 s和636. 94 s,并且温度最大温差为7 K,死区比例为23.9%;最佳优化方案减少了短路流,钢液流动一致性提高,3个水口的实际停留时间分别为517.13 s、532.66 s和502. 12 s,死区比例降低到19. 8%,最大温差降低到2. 5 K,流动一致性良好,钢液流动更合理。工业试验以316L钢种为研究对象,中间包T[O]由49×10^-6降至40×10^-6,降幅为18. 4%,铸坯T[O]由34×10^-6降至28×10^-6,降幅为17. 7%,洁净度改善较为明显;中间包夹杂物数量密度由7. 2个/mm²降至4. 7个/mm²,铸坯由5.4个/mm²降至3. 5个/mm²,夹杂物数量降低。     

80 t两流板坯连铸中间包挡墙结构优化研究

根据国内某钢厂两流板坯连铸80 t中间包现场工艺及结构,在分析了其控流装置下的中包流场的基础上,研究了双层湍流抑制器下,挡墙位置和高度对中间包内流体流动特性的影响.结果表明:双层湍流抑制器下,挡坝距长水口2 000 mm,高400 mm时中包流场最合理,且抑湍器和坝组合控流装置结构简单,避免了钢水对堰等其他中包控流装置冲刷而污染钢水影响铸坯洁净度.对比优化前后的包内流体流动特性,平均停留时间由292 s提高到380 s,死区比例由37.3％降低至18.5％,活塞区与死区比值由0.35增大至0.65,有利于钢液温度和成分的均匀,增大了夹杂物上浮去除的几率,有助于提高铸坯洁净度.     

超低碳IF钢头坯洁净度的研究

对比分析超低碳IF钢浇次头坯、过渡坯和尾坯的洁净度发现,非稳态头坯洁净度远差于其它铸坯,换钢包交接坯和尾坯洁净度满足质量要求。提出了改善头坯洁净度的措施,即浇铸前中间包吹氩以减少浇铸初期钢水的二次氧化、优化中间包堰坝结构以增加中间包堰坝吸附夹杂物的能力。采取措施后,浇次头坯洁净度得到了提高,钢种夹杂废品率降低。     

大管坯连铸中间包钢液内夹杂物去除的研究

通过中间包水模型试验和工业试验研究了U型挡墙中间包和Y型挡墙中间包对夹杂物去除的影响.结果表明:Y型挡墙中间包能提高夹杂物的去除率.与U型挡墙中间包相比,从中间包到铸坯,钢中平均总氧去除率显著提高,铸坯中大于50μm的夹杂物显著减少,而显微夹杂数目变化不大;同时Y型挡墙中间包内各流夹杂物分布较均匀.使用U型挡墙中间包时,中间包到铸坯过程吸氮较少.     

挡墙结构对46 t中间包钢液流动特性影响的数值和物理模拟

通过采用流动力学软件FLUENT进行的数值模拟和几何相似比1:3的水模型分别研究了导流孔倾角30°的U型挡墙和导流孔倾角分别为20°,25°,30°的V型挡墙4种结构的挡墙对46 t两流T型Φ800 mm圆铸坯中间包钢液流动特性的影响,并采用稳态模拟计算中间包钢液的温度场分布。结果表明,两种模拟结果有良好的一致性;使用导流孔倾角20°的V型挡墙的中间包流动特性最佳,中间包出口流温差仅为4.0 K,整体最大温差为14.2 K,停留时间最长为803.1 s,死区体积分数最小为0.09,更有利去除钢液夹杂物,提高钢的洁净度。     

BOF-LF-CC工艺生产27SiMn钢洁净度研究

通过对国内某钢厂BOF-LF-CC工艺生产的27SiMn管坯钢的洁净度进行全流程系统取样、综合分析,结果表明:经过LF精炼后,钢中显微夹杂物的数量由35.0个/mm2降到8.4个/mm2,中间包处理过程中全氧和夹杂物含量都有明显上升,铸坯中T[O]含量基本稳定在(24～30)×10-6,铸坯大型夹杂物为0.487 mg/kg。针对现有生产工艺中影响铸坯洁净度的主要因素:中间包烧氧开浇及不稳定浇注造成的二次氧化及结晶器卷渣等,提出相应的工艺改进措施。     

非稳态浇注操作对连铸坯洁净度影响

经炉外精炼获得的"干净"钢水,在浇注过程中重要的是防止"干净"钢水再污染,才能保证铸坯良好的洁净度.结合多年来在不同炼钢厂对板坯和方坯夹杂物的调查研究和近年来的有关文献,讨论了浇注过程中非稳态浇注操作、钢包→中间包→结晶器的二次氧化和下渣、卷渣现象对连铸坯洁净度的影响,为改进工艺操作、提高铸坯洁净度提供技术指导.     

中间包通道式过滤器对硅钢W470中夹杂物的影响

利用小样电解+ ASPEX扫描电镜等夹杂物检测方法,研究了使用中间包通道式过滤器前后的冲击区和浇注区的钢液以及铸坯中非金属夹杂物类型和尺寸的变化规律.结果 表明,使用过滤器后,浸入式水口基本未堵塞;过滤器对夹杂物尺寸大于30 μm以上的夹杂物颗粒有良好的去除效果;从夹杂物总数来看,冲击区＞铸坯＞浇注区,这是因为浇注区钢...     

六流中间包合理结构的试验研究

用冷态水模拟实验方法,对小方坯六流中间包的合理结构进行了研究。在物理模型上,用电导法模拟了中间包各流钢水的温度分布,并测定了各种隔墙形式下中间包去除夹杂物的性能,同时做了六流中间包流场的显示实验。为分析评定中间包内各流温度分布和去除夹杂物性能的实验结果,还分别定义了时距参数和上浮指数。     

大方坯连铸42CrMoAH钢皮下夹杂物控制

 针对苏钢42CrMoAH钢大方坯（260mm×340mm）浇注存在的铸坯皮下夹杂物问题,分析了夹杂物的主要类型及其来源,研究了精炼渣组成对钢洁净度的影响,同时讨论了连铸工艺条件对铸坯皮下40mm以内的夹杂物数量、尺寸、组成的影响。研究表明：铸坯中的夹杂物主要来源于以A12O3为主的脱氧产物及以MnO·Cr2O3,FeO·Cr2O3等尖晶石类为主的二次氧化产物;由于精炼渣吸收A12O3夹杂物能力不足,再加上拉速低等因素导致结晶器内钢液上循环流弱,不利于脱氧及二次氧化产生的微小夹杂物在结晶器内碰撞聚合后上浮、排除,以致铸坯中尺寸为20~50μm的夹杂物达到总量的45%左右;采取提高精炼渣炉渣碱度、w(CaO)/w(Al2O3)值,及采用双侧孔型水口以加强结晶器内上循环流等措施后,铸坯皮下20~50μm的夹杂物降低了64%。     

八流小方坯中间包结构优化

针对某钢厂八流小方坯中间包,采用数值模拟方法,对流场进行分析,结果表明,该钢厂使用的中间包结构不合理,近流有短路流出现,且各流差异较大,不利于去除钢液中的夹杂物,不利于提高各流间钢液的均匀性。通过改变挡墙孔高和坝高,分析了4种不同组合方案,并逐一进行流场分析,经过比较得出最佳中间包结构,消除了近流的短路流,即有利于夹杂物上浮和去除,同时也保证了各流间钢液的均匀性。     

八流一体式中间包的钢液流动特性分析

<正>中间包作为一个具有调节和控制钢液温度和成分,促进钢中夹杂物去除的冶金反应器,是保证钢液质量和可浇性的关键环节。中间包的内腔设计是控制中间包钢液流动的关键技术,水模拟实验则是进行中间包内腔设计的重要手段。对于多流中间包的流动特性,不仅要考虑非金属夹杂物的去除,还要考虑中间包各流流动特性的一致性。     

Study on cleanliness of SPHC steel by CSP process

用金相观察、扫描电镜、电子探针和大样电解等对SPHC钢中非金属夹杂物进行研究。结果表明：铸坯中叫（T．O）=（28-33）×10-6 W（N）=（30-43）X10;中间包到铸坯单位面积内夹杂物平均个数由8．9793降低到7．3442个／mm2,中间包钢液及铸坯夹杂物粒径小于10μm的比例均为93％;中间包钢液中每10kg中大型夹杂物为6．8mg正常生产情况下,铸坯中大型夹杂物减少到5．9mg;发生卷渣时,大型夹杂物大幅上升,达到12．3mg,且100-280μm的夹杂物达到26．32%;中间包中夹杂物主要为脱氧产物以及脱氧后形成的复合夹杂物,铸坯中主要为复合夹杂物,中间包和铸坯中大型夹杂物主要为硅铝酸盐类复合夹杂物和硅酸盐类,并发现Mg、K等元素,说明中间包衬被侵蚀、结晶器发生卷渣现象。     

两流非对称中间包结构优化与应用研究

采用水模型实验、数值模拟相结合的方法分析了原型中间包和优化中间包在钢流流场、中间包流动特性方面的差异.结果表明:优化中间包2#水口平均停留时间延长了8.0%,两水口流体平均停留时间之差下降了36.3%.流体在优化中间包内流动轨迹更加复杂,延长了流体在中间包内停留时间.通过工业实验证实了优化方案的可行性.工业试验表明:采用圆形湍流控制器加单挡墙组成控流装置的原型中间包,两水口钢液平均温差为5℃,浇注得到的钢坯试样中,140~300μm夹杂物数量为0.7 mg;而采用非对称长方形湍流控制器加多孔挡墙组成控流装置的中间包,两水口钢液平均温差为3℃或2℃,约为原型中间包两水口钢液平均温差的1/2;浇注得到的钢坯试样中,140~300μm夹杂物数量为0.2 mg,约为原型中间包的1/3.说明采用非对称长方形湍流控制器加多孔挡墙组成控流装置的中间包对两水口温度的均一性起到了显著作用,且更能有效地去除钢液中的夹杂物.     

超低碳深冲钢中夹杂物的控制

济钢炼钢厂采用KR→BOF→LF→RH→ASP工艺流程开发了低碳低硅冶炼技术。采用RH精炼工艺冶炼超低碳钢,主要难点在于钢中夹杂物控制。通过脱S处理、冶炼及精炼控制,提高钢水洁净度,改善其浇注性能;增大中间包的容量,设置挡渣坝、挡渣堰等,减少中间包夹杂物的形成;全程保护浇注,添加Ti等,控制钢中的夹杂物。实现了超低碳深冲钢的批量生产,铸坯合格率达到98．49％。     

连铸坯夹杂原因分析

造成连铸坯宏观夹杂的原因是钢液被二次氧化形成夹杂以及中间包中的夹杂物卷入钢液进入结晶器而形成铸坯夹杂，采取保护浇铸坯夹杂保证中间包液面达到一定高度，及时捞渣等措施，可减少铸坯夹杂，改善铸坯质量。     

大流间距四流中间包控流装置优化研究

以相似原理为基础,建立大流间距4流中间包的物理实验模型。通过物理模拟和数值模拟相结合的实验方法,设计出合适的控流装置,以达到优化中间包内部流场的目的。优化后的中间包死区体积减少到4.18%,钢液的平均停留时间延长至893 s。促进了夹杂物的去除,提高了铸坯的质量。