电磁搅拌作用下水口深度对液面波动的影响

 结晶器内液面波动会影响连铸坯的质量,施加电磁搅拌使钢液的液面呈旋转抛物面。电磁搅拌电流过大或拉速过高会造成保护渣卷渣现象,对铸坯质量造成不利的影响。以某钢厂[?]250 mm连铸圆坯结晶器电磁搅拌为研究对象,采用电磁-流体单相耦合的方式及流体体积函数VOF模型,建立描述结晶器电磁搅拌作用下液面波动的数学模型,研究电磁搅拌作用下浸入式水口深度对液面波动的影响。研究表明,通过增大水口深度,能够改善因电磁搅拌强度过大或拉速过大造成的卷渣现象,减小水口附近的液面波动。     

电磁搅拌对大圆坯结晶器冶金行为影响的探讨

 为了探究结晶器电磁搅拌(M EMS)对大圆坯结晶器内综合冶金行为的影响。以大断面圆坯连铸结晶器冶金行为为研究对象,基于电磁热流体与凝固传输理论建立三维耦合数值模型。揭示大圆坯连铸常用五孔水口浇注条件下结晶器内电磁场、流场、传热与凝固等综合冶金行为,提出电磁搅拌对结晶器冶金性能影响的多参量评价方法。以中碳铬钼齿轮钢650 mm大圆坯连铸为例,指出结晶器电磁搅拌存在最佳搅拌电流,可获得相对较好的综合冶金效果。具体表现为弯月面保持一定的切向速度和过热度,有利于保护渣的熔化和夹杂物的上浮去除;液面波动幅度在控制范围内,可避免卷渣、改善表面质量;结晶器内钢液过热得到有效耗散,有利于等轴晶形核改善铸坯内部质量;侧孔出流钢液速度得到有效控制,可抑制注流对初凝坯壳的冲刷,提高了初生坯壳生长的均匀性。此外,电磁搅拌产生的水平旋流强度也可得到有效控制,有利于避免常见的皮下白亮带现象。     

薄板坯连铸漏斗形结晶器内卷渣行为物理模拟

针对高拉速下薄板坯连铸结晶器内的液面卷渣问题，建立了1∶1水力学模型，采用水/真空泵油模拟钢/保护渣介质，研究了连铸拉速、水口插入深度、保护渣黏度对漏斗形结晶器内液渣层变化及卷渣行为的影响。结果表明，随着拉速提高，结晶器内液面波高升高，液面高度自窄边向水口方向逐渐降低，液渣层厚度相应由薄变厚，导致结晶器窄边附近钢液裸露；结晶器内窄边至水口之间1/2处波高变化较大、液面流速最大、易发生剪切卷渣。在试验条件下，采用增加水口插入深度、降低最高拉速、适当提高保护渣黏度等方法，使液面速度小于0.486 m/s的临界流速、液面波动指数F数小于5.45,可防止结晶器内产生剪切卷渣。然而，这些手段不能避免结晶器内水口附近的旋涡卷渣，这是因为薄板坯连铸钢通量大以及漏斗形结晶器和鸭嘴形水口容易形成负压旋涡造成的。     

GCr15钢大方坯结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究

摘要：为明确不同电磁搅拌条件对结晶器内钢液流动、传热行为的影响规律,对现场大方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的配置提供依据,采用ANSYS Fluent及Maxwell研究了320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢连铸过程中结晶器电磁搅拌工艺参数对结晶器内钢液温度场、磁场特性、注流冲击深度及液面波动的影响规律。研究结果表明,在M-EMS作用下,结晶器内钢液温度的耗散明显优于无电磁场作用工况,有利于改善结晶器内温度均匀性。注流的冲击深度随电流强度的增大而降低,而频率改变对钢液冲击深度影响不明显。当电磁搅拌电流强度一定时,随着搅拌频率增加,液面波动趋于平缓;当搅拌频率一定时,随着电流强度增加,液面波动变剧烈。对于320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢不同工艺进行工业试验,只改变结晶器电磁搅拌参数,从300A/2Hz调整到350A/3Hz,铸坯横截面中心碳偏析指数从1.06降低到1.01,铸坯纵截面中心碳偏析指数的平均值从0.98升至0.99,适合该钢种结晶器电磁搅拌工艺参数为350A/3Hz。     

电磁搅拌条件下结晶器内钢液多相流动和卷渣现象的大涡模拟

针对大方坯连铸结晶器内的流动和卷渣行为进行了三维数值模拟仿真,应用大涡模拟模型模拟湍流、应用VOF模型模拟渣相?钢液和空气?渣相?钢液的多相流。研究对比了钢液单相流动、渣相?钢液两相流动和空气?渣相?钢液三相流动3种模型下结晶器内的流动、钢?渣界面液位形状和波动及卷渣行为,并通过工业用计算机断层成像技术（工业CT）检测了连铸坯中大颗粒卷渣类夹杂物数量随着电磁搅拌电流强度的变化。结果表明,在150 A、2 Hz结晶器电磁搅拌下,3种模型得到的结晶器内钢液流场差别较小,但在钢?渣界面处差别较大。钢液单相模型下钢液表面流动速度比其他两种模型钢?渣界面处的速度更大。渣相?钢液两相模型和空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率分别为0.00118和0.00040 kg?s?1。渣相?钢液两相模型条件下,由于上表面即渣的顶面不能弯曲,所以钢?渣界面处的湍动能没有得到耗散,所以比三相模型的湍动能更大,因此其预测的卷渣速率偏大。当搅拌电流强度增大到300 A,渣相?钢液两相模型和空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率分别为150 A条件下的5倍和15倍;当电流频率增大到4 Hz,渣相?钢液两相模型的卷渣速率变化很小,空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率降低为2 Hz条件下的1/3。因此,为了正确的模拟和预测结晶器钢?渣界面处的卷渣行为,必须使用空气?渣相?钢液三相瞬态模型进行模拟仿真。      

结晶器电磁制动技术的应用研究

论述了板坯连铸结晶器中应用电磁制动技术的发展、研究和应用状况。电磁制动技术可以控制结晶器内钢液面的波动,减少结晶器保护渣的卷渣,有利于结晶器内夹杂物的去除。鞍钢电磁制动的研究结果表明,电磁制动可降低液面波动50%以上,可提高目标拉速0.5m/m in。     

电磁搅拌下圆坯结晶器内卷渣现象的物理模拟

 以某钢厂[?500 mm]圆坯连铸结晶器为原型,基于相似原理,建立了1:1的物理模型,通过机械搅拌模拟结晶器电磁搅拌。在模拟电磁搅拌条件下,研究拉速、搅拌强度对结晶器保护渣覆盖剂的影响。试验结果表明,当搅拌强度稳定时,随着拉速的增加,液面波动会越来越剧烈,中心漩涡也会随着拉速增大而增大;当拉速稳定时,随着搅拌转速的增加,渣层波动加剧、水油界面变得活跃、液渣层厚度分布由均匀变为出现中心漩涡、转速大于60 r/min时,在壁面附近液渣层厚度为0,会发生裸钢现象,卷渣发生倾向增大。在使用电磁搅拌条件下,圆坯结晶器生产时拉速不超过0.45 m/min,搅拌强度为36～48 r/min时,钢渣界面活跃,有利于化渣,且不会出现裸钢现象,也不会发生卷渣。     

静磁场控制板坯连铸结晶器液面波动

 用Pb Sn Bi低熔点合金进行了热模拟实验,研究了在静磁场作用下板坯连铸结晶器内的液面波动行为。实验结果表明可应用静磁场控制结晶器内金属液面的波动,且磁场对表面波动的抑制作用有一最佳值,即磁感应强度为05 T时液面平均波动最小。为此,为了减少由于液面波动引起的连铸板坯中的卷渣缺陷,有必要在一定的浇铸条件下优化磁感应强度。吹入氩气加剧了表面波动,且随着氩气流量的增加扰动加大。施加电磁制动能够使吹入氩气引起的液面波动受到显著的抑制。     

电磁搅拌对特大方坯结晶器内流场及温度场影响

以某厂断面为410 mm × 530 mm的特大方坯结晶器为原型,利用ANSYS有限元软件建立三维数值模型,研究电磁搅拌对结晶器流场及温度场的影响。施加电磁搅拌后,钢液受到径向电磁力,液面呈现旋转流动趋势。结晶器内钢液最大切向速度随着电流的增加而增大,随着频率的增加而减小。电磁搅拌的电流大小由0 增加到500 A时,液面波动由1.21 mm增加到4.35 mm。电磁搅拌能够使钢水的高温区局限于连铸结晶器上部,钢水温度更加均匀。同时钢液的水平旋流能够抑制初生坯壳的生长,降低坯壳的生长速度,使结晶器出口处坯壳厚度变薄。综合分析,该厂在实际生产时合理的电磁搅拌的电流大小应为400 A,频率为1.5 Hz,此时钢渣液面波动约为2.73 mm,温度场较为均匀。      

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以150 mm×(1 600～3 250) mm宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了一个三维有限体积模型,采用多相流的VOF模型对结晶器内保护渣-钢液界面波动进行数值模拟,重点研究了拉速、水口倾角、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度、拉速的增加,液面波动明显增大;采用较大的水口倾角,可以抑制液面波动,减少卷渣.     

Effect of in-mould electromagnetic stirring on the flow,initial solidification and level fluctuation in a slab mould: a numerical simulation study

In-mould electromagnetic stirring (M-EMS) is a widely used technique during slab continuous casting. To investigate the effect of M-EMS on the flow and initial solidification in a slab mould, a three-dimensional model coupling electromagnetic field, flow and solidification was developed. To track the steel/slag interface, the volume of fraction (VOF) model was coupled in the model. The electromagnetic force presents a centrally symmetrical distribution on the cross-section. The influences of stirring current and stirrer position on flow, initial solidification and level fluctuation have been discussed. M-EMS enhances the transversal flow and shrinks the lower recirculation in mould. The results indicate that both a higher stirring current and a lower stirrer position produce a reduction of the temperature in the mould centre. Furthermore, a higher stirrer position and a lower stirring current are favourable to the solidified shell growth. However, M-EMS aggravates the level fluctuation, which may lead to slag entrainment.     

连铸结晶器电磁搅拌对夹杂物的影响

在连铸过程中 ,夹杂物对钢的质量有着重要影响。本文分析了结晶器电磁搅拌对夹杂物的作用机理 ,简要叙述了结晶器电磁搅拌对铸坯内夹杂物含量、大小、分布及其形态的影响     

Multiphase Flow and Thermo-Mechanical Behaviors of Solidifying Shell in Continuous Casting Mold

 The metallurgical phenomena occurring in the continuous casting mold have a significant influence on the performance and the quality of steel product. The multiphase flow phenomena of molten steel, steel/slag interface and gas bubbles in the slab continuous casting mold were described by numerical simulation, and the effect of electromagnetic brake (EMBR) and argon gas blowing on the process were investigated. The relationship between wavy fluctuation height near meniscus and the level fluctuation index F, which reflects the situation of mold flux entrapment, was clarified. Moreover, based on a microsegregation model of solute elements in mushy zone with δ/γ transformation and a thermo-mechanical coupling finite element model of shell solidification, the thermal and mechanical behaviors of solidifying shell including the dynamic distribution laws of air gap and mold flux, temperature and stress of shell in slab continuous casting mold were described.     

板坯连铸机浸入式水口结构优化的水模研究

通过水力模型实验,研究了水口结构对南钢板坯连铸机结晶器内钢水流动特性的影响.研究结果表明:使用现有水口结晶器内液面波动大且存在明显裸露并有严重的卷渣现象,适当增加浸入式水口出口面积,在不改变水口其它结构参数和插入深度条件下,能够获得液面波动小,保护渣覆盖良好且没有卷渣的钢水流动特性,不仅能够实现提高拉速的要求,还能提高铸坯质量.