六流T型连铸中间包流体流动行为的数学模拟

以某企业30t六流T型连铸中间包为模拟对象,采用数学模拟的方法研究了不同导流隔墙和坝的组合方式对多流中间包内流体流动特征的影响规律。结果表明,改变导流孔隔墙结构和倾角形式,并在六流T型包近水口两流之间放置坝,有利于延长钢水停留时间,改善多流中间包内流体流动特性并提高多流中间包各流流动一致性。     

连铸中间包内钢液流动的水力学模拟

用水力学模型研究了连铸中间包内流体的流动行为。借助于示踪剂在中间包内的停留时间分布曲线,利用修正的混合模型分析了中间包内流动三区的体积变化。采用录相技术和延时曝光摄影技术研究了中间包内的流动。结果表明,中间包内隔墙和坝的相对位置以及隔墙的高度均不同程度地影响着中间包内流体的流动行为。并分析了不同的流动条件对非金属夹杂物上浮可能性的影响。     

薄板坯连铸单流中间包流场的数学模拟

采用数值计算的方法模拟单流中间包内钢液流动行为。计算模拟了无控流装置,应用挡渣墙坝,以及导流隔墙时中间包内钢液流动分布、温度场。结果表明：中间包无控流装置易在中间包中下部形成贯穿流,不利于新旧钢液混合以及夹杂物去除;导流隔墙可使钢液充分上扬,夹杂物易为覆盖渣俘获,有利于夹杂物去除;加装控流装置后,湍动能在到达控流装置前加强,有利于小粒径夹杂聚合上浮;而湍动能在经过控流装置后减弱,有利于钢液平稳流入结晶器;导流隔墙与堰坝组合均可使中间包内钢液充分混合,温度均匀,进出口温差减小。     

湍流控制器形状对中间包内流体流动的影响

通过水模实验,以平均停留时间、活塞区体积特征时间为衡量标准,研究不同形状的湍流控制器在不同挡墙与导流孔的组合下对中间包内流体流动的影响,得出无挡墙、直挡墙、U挡墙和弧挡墙下湍流控制器与挡墙导流孔的优化组合,优化中间包内流体流动。     

连铸中间包内流体流动的水力学模拟

用水力学模型研究了连铸机中间包内流动的流动行为,借助于示踪剂在中间包内的滞留时间分布曲线,利用修正的混合模型,分析了中间包内流动三区的体积变化。结果表明,在中间包内设置多孔隔墙和档坝有助于流场分布均匀化,提高平均滞留时间。指出多孔隔墙和档坝的相对位置均不同程度地影响中间包内流体的流动行为。分析了不同流动条件对非金属夹杂物上浮可能性的影响。     

几种中间包控流装置的作用及比较

 中间包内设置控流装置对钢水流动行为和夹杂物去除影响显著。采用物理模拟的方法,系统研究和比较了常规双挡墙、湍流控制器、导流挡板和透气砖吹氩对中间包流体流动特征的影响。结果表明,湍流控制器可起到减小钢水喷溅、防止二次氧化和改善流体运动路线的作用,并减少短路流的发生。导流挡板与双挡墙比较,最短停留时间变化不大,但死区体积更小。与双挡墙相比,透气砖吹氩的最短停留时间提高不多,但峰值时间增加明显,死区体积大大降低。     

六流方坯中间包内流场的数值模拟及优化

以唐钢150mm×150mm铸坯6流T型中间包为研究对象,用商业软件ANSYS对中间包内钢液流场进行了三维数值模拟与优化,研究了中间包内钢液的流动特征和设置导流挡墙后中间包内钢液的流动方式。结果表明,设置合理的挡墙和导流孔可以有效改善中间包冶金效果;3个导流孔直径(mm)分别为93、72、36,位置(mm)为(220,140)、(350,280)、(700,300),倾斜角度为(21°,15°)、(8°,23°)、(10°,28°)时中间包流场最为合理。     

连铸中间包底吹氩物理模拟和工业实践

通过实验室物理模拟和工业应用实践,研究了透气砖底吹氩对本钢中间包内流体流动行为和去除钢中夹杂物行为的影响.物理模拟研究结果表明,底吹氩可以显著改善中间包内钢水的流动特征,延长钢水在中间包内的停留时间,提高中间包内钢水的混合程度,减少死区体积分率;吹气位置越靠近中间包水口侧对流体特征参数的改变效果更佳;吹氩形成的微气泡群可以显著改善中间包内流体的运动轨迹,流体运动的路线更加曲折,并且全程流动靠近液体表面.工业实践表明,底吹氩形成的“气幕挡墙”对夹杂物效果去除效果明显,与不吹氩相比,铸坯中夹杂物指数从7.33～8.98 mg/（10 kg）降低至4.21～4.33 mg/（10 kg）,且大颗粒夹杂物数量明显减少,没有发现尺寸大于30～50μm的夹杂物.     

八流T形连铸中间包钢水停留时间分布特征研究

基于相似原理,建立了八流连铸中间包的1∶2物理模型,通过水模实验测定了1#～4#控流方案下中间包内的停留时间分布(Residence time distribution,简称RTD).通过推导提出了多流连铸中间包的RTD曲线分析方法,并以此分析了中间包内的流体平均停留时间、流动模式和各流流动一致性,进而对控流装置进行优化选择.研究结果表明,3#控流方案能较好地改善中间包内的流动特征.     

钢包长水口形状对中间包内钢液流动特性的影响

通过物理模拟实验研究了在不同的中间包液位时使用喇叭形长水口和直通形长水口对单流板坯中间包内的流体流动特性的影响.实验结果表明:使用喇叭形长水口后的RTD曲线峰值较低,波动较小,流场较稳定,而且不存在短路流;使用喇叭形长水口后更有利于延长流体在中间包内的开始响应时间、平均停留时间和活塞流平均停留时间;中间包内的死区体积较小,活塞流体积较大,而且活塞流与死区体积的比值也更大.因此,在中间包液位上升时,使用喇叭形长水口后包内的流动模式组成更合理,这更有利于保证中间包内钢水的质量.     

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。     

八流方坯连铸中间包结构优化研究

采用1:3水模型实验对钢厂的八流150 mm×150 mm坯连铸不同控流结构80 t中间包内钢液流场进行了研究,并通过数值模拟进行验证。研究结果表明,中间包仅加湍流抑制器后对改善钢液的流动效果不明显,加上"V"型挡墙后能明显改善各流流动特性,湍流抑制器、"V"型挡墙和单坝组合能进一步提高各流的流动特性一致性,平均停留时间增大到505.22 s,在挡坝的两侧分别形成了明显的环流区。将单挡坝改为双挡坝后,V_p/V_d平均由原来1.77提高到2.63,死区比例平均也减少了6.0%,且各水口的稳定性最好,各流RTD曲线吻合度也最好,且存在3个大环流区和1个小环流区,水模型实验与数值模拟结果一致。     

非对称5流中间包流场研究及应用

通过水力学模型试验确定了非对称5流中间包最佳挡墙方案,并使用数值模拟研究了中间包内流场及温度场分布规律。研究表明,优化后中间包内温度场及流场稳定均匀,各流水口处钢水平均温差由原4流包的2．5℃降低到1．3℃;投入使用后,各流铸坯夹杂物评级小于2．0级,各流内部组织一致,铸坯质量良好,满足了生产需要和产品质量的要求。     

二流T型23 t中间包控流装置的数值模拟和结构优化

通过计算流体力学软件FLUENT建立的数学模型对钢厂200 mm×1 600 mm铸坯二流T型23 t中间包现挡墙和坝、湍流控制器和坝、湍流控制器和现挡墙以及新挡墙4种结构方案进行三维数值模拟,研究原中间包及安装不同控流装置后的钢水流动特性。结果表明,在所有的设计方案中安装有湍流控制器和坝的中间包能够达到最佳优化效果;中间包的死区体积分率由30.18%降到16.51%,活塞流区与死区的体积分率比R_Vp/Vd由55.80%增大到129.44%;中间包内流动稳定,有利于夹杂物的上浮。     

三流Τ型中间包内控流装置优化的物理模拟

通过三流T型连铸中间包物理模拟实验,研究了直挡墙、V型挡墙及其与抑湍器组合控流装置对中间包流动特性的影响。结果表明,直挡墙控流装置的控流效果优于无控流装置的中间包,但不如设计合理的V型挡墙控流装置;V型挡墙与挡坝组合控流装置（方案Ⅴ）的控流效果较好,在其基础上加入抑湍器后控流效果并不理想。因此,提出了针对三流T型中间包控流装置的优化设计方案。     

五流大方坯中间包控流装置优化的数值和物理模拟

针对280 mm×350 mm五流连铸35 t中间包第3流铸坯质量探伤不合格率较高的问题,采用数值模拟和几何相似比1:3水模型模拟,研究了控流装置对中间包钢液流动特性的影响,优化中间包流场。结果表明,原型中间包控流装置结构不合理,各流一致性差,尤其第3流短路流明显;采用中墙开两孔的2~#挡墙+圆形加檐的B型湍流控制器后,各流一致性明显改善,第3流短路流消除,其平均停留时间延长了242.1 s,同时中间包活塞区体积增加了5.7%,死区体积减小了1.1%,冲击区钢液流动平稳。     

Optimization of a Six-Strand Continuous Casting Tundish: Industrial Measurements and Numerical Investigation of the Tundish Modifications

The main differences in the transient zone extent between the individual strands for the former industrial six-strand tundish configuration is the basis for undertaking this study. The aim this study was to improve the casting conditions by proposing the optimal equipment of the tundish working space. For economic reasons, only the variants with different baffles configurations were considered. It was also dictated by the simplicity of construction and the possibility of its implementation by the base operating steel mill. In the current study, industrial plant measurements and mathematical modeling were used. Industrial experimental data were used to diagnose the current state of the industrial tundish and then validate the numerical simulations. After this, the influence of different baffle configurations installed in the tundish on the steel flow characteristic was modeled mathematically. Residence time distribution (RTD) curves are plotted, and individual flow shares for the investigated tundish were estimated based on the curves. Finally, the industrial plant was rebuilt according to the numerical results and additional plant measurements were performed. A result of the appearance of the baffles in the tundish working space was the reduction of the transient zone extent. The results indicate the increasing share of the dispersed plug flow and a decreasing share of the dead volume flow, with a practically unchanging share of well-mixed volume flow in the modified tundish.     

板坯连铸中间包内控流装置结构的优化

以国内某钢厂板坯连铸中间包为原型,进行控流装置的物理和数值模拟优化,提出优化方案.对比物理模拟和数值模拟结果发现,对于不使用抑湍器的控流方案,数值计算获得的结论与实验模拟结果较一致;而对于使用抑湍器的方案,数值模拟可以减少示踪剂和流体的分离流动对停留时间分布曲线的影响,更准确地反映实际流场.     

ASF方坯八流中间包内钢液流场的模拟研究

以某钢厂的八流连铸中间包为研究对象,采用数值模拟方法对不同控流结构中间包内钢液流场进行了研究,并通过水模型实验和工业生产进行验证。模拟结果表明:ASF中间包内的挡墙和湍流器能够明显改善钢液的流动状态和温度分布,加上双坝后效果更佳,钢液的流动存在4个环流区,不仅增加了钢液的混合程度,而且中间包内钢液的温度分布更均匀且低温区较少。水模试验表明在空包中加入湍流器和挡墙能明显改善各流流动特性的一致性,且在其基础上加入双坝能进一步改善钢液的流动特性,与数值模拟结果一致,此外,工业生产也完全达到预期效果。     

Fluid Flow and Inclusion Motion in a Multi-Heat Teeming Tundish for Heavy Steel Ingot

 Besides the function of molten steel supply in the casting process, tundish has a capability of decreasing the formation of macro-scale inclusions and promoting the flotation of the remaining inclusions. Both the round shape tundish and the elliptical shape tundish were studied for the multi-heat teeming ingot. The transportation of molten steel and the motion of inclusions were compared using numerical simulation and physical modeling. The results showed that the short molten steel residence time, the large dead volume, and the low efficiency in inclusion removal for the round shape tundish were obtained even when a flow control device was installed. After comparing the two kinds of tundishes with the same capacity, it indicated that in the elliptical shape tundish, the molten steel residence time was prolonged by 1.6 times and the mean residence time increased by 6%; the dead volume was decreased from 18% to 13%, the ratio of the plug volume to the dead volume increased by 68%, and the inclusion flotation efficiency increased by 17%. The trial results indicated that, after using the elliptical tundish, the equivalent diameter of single defect was decreased from 2.5 to 1.6 mm, and no intensity defect was observed. The total oxygen content was 21×10-6, which was decreased by 30%.