带过滤器中间包流场的数学物理模拟和应用

 为了研究过滤器通道对中间包内流场的影响,通过数学和物理模拟对不同控流方式的两流板坯连铸中间包的钢液流动及传热进行研究,分析了过滤器对中间包流场的影响。结果表明,原方案中间包采用湍流控制器＋挡墙、挡坝的控流方式,活塞区体积比例为26.33%,死区体积比例为17.94%;用过滤器代替挡坝后优化效果显著,钢液的实际平均停留时间由原来的243.68延长至262.50 s,死区体积比例由17.94%减小至9.11%,过滤器加入后出口处温度仅比原方案出口温度降低了2 ℃,且安装简单,成本低。现场试验发现,10个炉次后过滤器通道处共吸附夹杂物19 kg,这说明中间包钢液中夹杂物减少,有利于改善铸坯质量。     

两流板坯连铸58t中间包过滤器的水模型试验和应用

通过几何相似比0.29:1的水模型试验了湍流抑制器+挡墙+挡坝和湍流抑制器+挡墙+过滤器两种控流装置的钢液流动,研究了通道式过滤器对58t中间包钢液流场的影响。结果表明,原中间包（湍流抑制器+挡墙+挡坝）活塞区体积小,死区体积高达29.53%,优化中间包加入过滤器后（湍流抑制器+挡墙+过滤器）短路流基本消失,钢液的实际平均停留时间延长,死区体积由29.53%减小至13.52%。50t中间包,230mm×1100mm连铸板坯,拉速1.25~1.30m/min工业生产结果表明,使用过滤器后,中间包浇注区的夹杂物尺寸明显小于冲击区,中间包浇注区T[O]由原86×10^-6降至30×10^-6,连铸坯大多数夹杂物尺寸≤10μm,没有发现≥30μm夹杂物。     

高拉速下单流中间包流场优化研究

用水力模型和数值模拟方法对高拉速下镀锡板单流中间包流场特性进行研究。水力学模型采用脉冲响应法测定RTD曲线,分析中间包内流动模式;数值模拟应用Fluent商业软件对中间包流场和夹杂物进行模拟分析,并确定优化方案。优化方案中间包钢液平均停留时间由340.7 s增加到545.3 s,增加了60.1%;死区体积比Vd由46.0%降至13.6%,比原方案降低了70.4%;中间包内显微夹杂物和外来夹杂物的去除率大幅提高。     

营钢板坯连铸中间包内流体流场的模拟与优化

以营钢连铸车间4号板坯连铸机为研究对象,通过对钢液流动特性的研究与分析建立了模拟中间包内钢液流动的数学模型,应用ANSYS有限元分析软件对模型进行了求解及验证。以模拟结果为基础对中间包内部结构进行了优化,得到了合理的中间包设计方案。     

通道式钢液过濾器对两流板坯连铸中间包流场的影响

以相似原理为基础,通过建立几何相似比0.28:1的水模型对两流230 mm×1300 mm板坯连铸63.27t中间包流场进行模拟实验,研究通道式过滤器对中间包钢液流动状态的影响。结果表明,单纯的湍流控制器+挡墙、挡坝,中间包活塞区体积偏小,死区体积偏大;用钢液过滤器代替挡坝后优化效果明显,且安装简单,成本低,优化后的中间包钢液平均停留时间由348.22 s延长至400.15 s,峰值时间由原来的172.4 s延长至196.0 s,死区体积由22.49%减小至9.69%。     

连铸中间包过滤器在无取向硅钢生产中的应用实践

为解决新钢公司生产的无取向硅钢发生的孔洞缺陷,对连铸中间包钙质过滤器进行了应用试验,介绍了过滤器的使用原理、构造、安装使用方法以及应用效果。应用实践表明:在冶炼无取向硅钢时,中间包采用钙质过滤器可以有效去除钢水中的Al_2O_3类夹杂物,提高钢水的纯净度,在一定程度上降低硅钢的铁损,且因孔洞缺陷造成的降级率可降低约50%,取得了较好的冶金效果。     

通道式钢液过滤器对两流板坯连铸中间包流场的影响

以相似原理为基础,通过建立几何相似比0.28:1的水模型对两流230 mm×1 300 mm板坯连铸63.27 t中间包流场进行模拟实验,研究通道式过滤器对中间包钢液流动状态的影响。结果表明,单纯的湍流控制器+挡墙、挡坝,中间包活塞区体积偏小,死区体积偏大;用钢液过滤器代替挡坝后优化效果明显,且安装简单,成本低,优化后的中间包钢液平均停留时间由348.22 s延长至400.15 s,峰值时间由原来的172.4 s延长至196.0 s,死区体积由22.49%减小至9.69%。     

单流厚板坯连铸中间包结构优化

针对鞍钢一炼钢的厚板坯连铸中间包,采用冷态物理模拟方法,对中间包的控流装置进行了优化,对实际中间包钢水流动建立了数学模型,得到中间包优化前后钢液流动的速度场。实验结果表明,原结构的中间包的控流装置和布置位置不合理。中间包采用湍流控制器和结构优化后,提高了钢水在中间包的停留时间,死区体积明显下降。实际应用的结果表明,中间包结构优化后,中间包钢液、第1和第3块铸坯试样中的平均夹杂物面积比明显下降。     

锆质过滤器对钢中夹杂物的影响

对南京钢铁联合有限公司炼钢厂中间包ZrO2质陶瓷过滤器进行试验研究,通过在装有过滤器的中间包取样,并用多种分析手段系统研究钢中全氧质量分数及钢中非金属夹杂物种类、质量分数、粒度组成等,从而评价中间包过滤器去除夹杂物的能力。试验结果表明,陶瓷过滤器对于钢液中的夹杂物过滤效果明显,中间包内30μm以上夹杂物去除率达41.6%,中间包去除夹杂物的能力有力保障了高品质钢的生产。但需要进一步合理控制钙处理工艺,减少钢液二次氧化,提高钢液洁净度。     

中间包温度分布的模拟研究

利用湍流理论,建立中间包温度场的数学模型.通过建立中间包温度场的有限元模型,分析了有限元法在模拟中间包温度场方面的应用.基于有限元法对中间包温度场及其温度分布进行了分析研究,结果表明:中间包内钢水的流动在许多情况下表现为一种非等温状态下的流动,不同结构中间包内钢液温度分布有差异.优化后的中间包钢液的温度分布均匀,有利于提高连铸坯的质量.     

中间包中钢液流动状况在ANSYS中模拟仿真

通过ANSYS建立中间包内钢液流动的有限元模型,分析了有限元法在模拟中间包流场方面的应用。比较了有、无流动控制装置时中间包内钢液的流动特征,所得结果对实际生产具有指导意义。     

不同湍流模型在中间包钢液流动数值模拟中的适用性研究

摘要：连铸中间包内部结构复杂,钢液流动状态多样,详尽准确的钢液流场信息是中间包控制和优化的前提。数值模拟方法已广泛应用于中间包内钢液流场研究,钢液流场的精确数值模拟离不开合适的湍流模型及相应的边界条件。基于CFD开源代码包OpenFOAM v8,分别应用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型3种湍流模型,对称面边界、自由滑移边界2种液面边界条件,对中间包流场进行了数值模拟。通过与文献中实验结果比较,发现采用SST k-ω模型可以成功预测RTD曲线的“双峰”,且响应时间、峰值时间与实验结果较为接近;应用SST k-ω模型时,将液面边界类型由自由滑移改为对称面,获得的示踪剂响应时间的误差由93.89%降低至8.35%以下,峰值时间的误差由100.78%降低至12.32%左右。因此,SST k-ω模型、对称面液面边界可以较好地描述中间包内钢液流动过程。     

带过滤器63t中间包钢液流场的物理和数学模拟

通过采用几何相似比0.29:1的水模型和数学模型分别对(a)湍流抑制器和挡墙+坝(原结构),(b)湍流抑制器,挡墙+坝和过滤器,以及(c)湍流抑制器,挡墙和过滤器3种结构两流板坯连铸中间包钢液流场、温度场和夹杂物运动轨迹进行模拟研究。结果表明,原中间包结构(a)活塞区体积偏小,死区体积偏大;加入通道式钢液过滤器(b)后短路流基本消失,中间包死区减小6.83%,钢液的平均停留时间由287.04 s延长至373.76 s,有利于夹杂物的上浮去除,且过滤器的加入对钢液的温降影响不大;用钢液过滤器代替挡坝(c)后优化效果最为明显,中间包钢液平均停留时间由287.04 s延长至404.26 s,峰值时间由原来的95,4 s延长至190.8 s,死区体积由36.10%减小至8.76%。     

非对称大方坯连铸中间包内控流装置的对比研究

通过对5流T型非对称大方坯连铸中间包控流装置的水模研究,对比了不同控流装置对连铸中间包内流场的影响,发现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。采用多流连铸中间包流动特性的评判方法,分析讨论各方案实验数据,得出了中间包内控流装置的优化设计方案,为中间包内控流装置的设计提供了参考。实验表明：直通孔过滤器能够更好地改善五流圆坯中间包内钢水的流动,并根据实验结果提出了最佳的过滤器结构。     

中间包结构对钢水清洁度的影响

总结了中间包结构的发展趋势及在工厂试验分析的容量、熔池深度、挡墙、坝和过滤器等流动控制装置对钢水清洁度的影响；计算了使用不同流动控制装置条件下中间包钢液流场的变化。     

基于有限元法的中间包流场的数学模拟

通过建立中间包内钢液流动的有限元模型,分析了有限元法在模拟中间包流场方面的应用.比较了有、无流动控制装置时中间包内钢液的流动特征,所得结果对实际生产具有指导意义.     

六流连铸中间包内钢液流动的数值模拟

计算机模拟仿真作为一种参数优化的有效工具,在过程冶金中的应用已越来越广泛。对六流连铸中间包内钢水流动进行了计算机模拟研究后发现,原中间包设计存在不足,提出了优化的设想。     

侧孔长水口两流非对称中间包流场优化

 中间包流体流动直接影响连铸坯的质量,为了缩小非对称中间包两流之间的流动差异,利用水模型和数值模拟方法,研究了侧孔长水口中间包流体流动特性。研究结果表明：直通型长水口、圆形湍流控制器和单挡墙结构中间包两出口流体差异较大,侧孔长水口和多孔挡墙结构中间包两流之间平均停留时间差异是直通型长水口中间包的3/4,且近长水口侧出口的平均停留时间延长7.7%。     

唐钢中薄板坯连铸中间包流场数值模拟

应用数值模拟软件对不同控流装置的中间包内钢液流场进行了数值模拟计算,对钢液流动特性进行了分析研究,并在此基础上对唐钢中薄板坯连铸中间包的控流装置进行了优化设计.     

不锈钢连铸中间包外壳倾角对流场影响的水模拟试验和应用

根据相似原理,通过建立24 t中间包1:2水力学模型对单流板坯24 t中间包的外壳倾角(15°和8°)对钢液流动状态的影响进行了研究,并用数值模拟对水模拟结果进行定性验证。结果表明,原型中间包外壳倾角(15°)太大,浇铸区死区体积达到33.9%,平均停留时间短并且温度分布不均匀;通过采用优化的中间包外壳倾角(8°),死区体积降低了56.3%,平均停留时间提高了33.5%,并且使得浇铸区温度分布更加均匀。经过10炉工业试验后结果表明,外壳倾角8°优化后中间包钢水温度的波动明显降低,夹杂物出现频率亦显著降低。