两流板坯连铸中间包控流装置的优化

在相似理论的基础上,按照1∶3的比例建立了"两流板坯连铸中间包"水力学模型,通过挡墙与挡坝不同高度及位置的组合来优化中间包的内部结构并确定出最佳设计方案。试验结果表明:优化后能将原型中间包的滞止时间由83 s延长到97 s,平均停留时间由296 s延长到432 s,死区由46%减小到21%,电导率微观波动值由0.04 ms/cm降低到0.025 ms/cm以内。     

两流板坯连铸中间包结构优化水模实验研究

通过两流板坯中间包水模实验,研究了抑湍器以及不同控流装置的组合对中间包流动特性的影响.结果表明,合理使用抑湍器能延长开始响应时间,提高平均停留时间和活塞流体积.抑湍器和垱坝组合控流效果良好,且结构简单.由抑湍器、垱坝和挡渣堰组成的控流装置使中间包流场更加合理,优化后的中间包平均停留时间由原先的188 s提高到218 s,活塞流体积分数由3.50%提高到15.41%,死区体积分数由41.57%降低到32.15%.     

薄板坯连铸中间包控流装置的数理模拟

采用水力学数理模拟的方法,研究了不同尺寸和安装位置的控流装置对马钢薄板坯连铸中间 包流动特性的影响。结果表明：中间包在无流动控制时,存在明显的短路流及较大死区;西马克公司提供的控 流装置其平均停留时间小,死区较大,实验效果并非最佳;改进后的优化方案使中间包内示踪剂开始响应时间 为无控流装置下的2倍多,平均停留时间由264.0s 增加到301.4 s,死区由无控流装置的25.54%降低到 15.39%,中间包的冶金性能有了明显改进。     

25t连铸中间包流场优化水模试验研究

以相似原理为基础,用水模拟钢液研究中间包内的钢水流动特征,通过测定模型中间包内液体的停留时间分布曲线(RTD),计算其平均停留时间及死区、活塞区和混合区的体积。试验表明,经过改进的中间包,其最短停留时间由17s增加到33s,死区体积比则由12.68%降低到7.64%,优化了中间包内的流场。     

通道式感应加热7流中间包流场的物理模拟

 为解决通道式感应加热7流中间包各流一致性差、第2和第6流钢水停留时间短的问题,通过水模拟试验对该中间包流场进行优化。等温试验结果表明,通过改变通道结构以及添加双挡坝可改善流体的流动状况。与原型结构相比,优化后中间包总体平均停留时间延长了277.8 s,死区比例降低了30.16%,各流一致性得到较大改善。非等温试验表明,感应加热引起的包内自然对流不可忽略,流体经加热从通道流出后会形成明显上升流。通道内外温差越大,中间包各流的一致性越好。针对原型方案,通道内外温差为5 ℃时,中间包内流体停留时间即较无温差时明显延长,死区基本消除。     

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。     

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%。     

中间包水模实验研究与应用

利用1：2的水模型实验装置,通过水力型模型实验,优化了扩容后济钢三炼钢中间包挡墙、挡坝的位置。试验结果表明,优化后的中间包流场趋于合理,钢液的最短停留时间为95s,平均停留时间为343s,死区体积减少了2．2％,基本消除了短路,钢水在中间包内停留时间延长,钢中夹杂物减少。     

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%。     

双流板坯中间包流场优化的物理模拟研究

以国内某厂所用双流中间包为研究对象,采用物理模拟的手段对不同控流装置下中间包内的流场进行模拟研究,水模型实验采取1:3的比例进行。实验结果表明:双流浇注时原型中间包死区比例为30. 9%、滞止时间为25. 8s、平均停留时间为358. 3s,单流浇注时原型中间包死区比例为38. 6%、滞止时间为19. 7s、平均停留时间为354. 6s,钢液流动性差;双流浇注时,增加挡坝结构可以明显地减少死区比例,延长滞止时间,死区比例降低为20. 8%、平均停留时间增加为410. 6s;单流浇注时,内弯型和外弯型弯曲水口加挡坝的组合将死区比例分别减少至20. 1%和23. 1%,平均停留时间延长至442. 5s和425. 6s,采用挡墙将未开浇一侧隔开,组合挡坝结构,也能明显减少死区比例,其中效果最好时,死区比例降低为25. 1%。     

三流非对称连铸18 t中间包流场的物理和数学模拟

以西宁特钢三流非对称250 mm×280 mm方坯连铸18 t中间包为研究原型,应用1:2.2比例水模型试验和数学模拟相结合的方法研究3种控流装置对中间包流场的影响,得出一种优化的新型挡墙结构。结果表明,原型中间包3个水口间的平均停留时间和滞止时间相差较大,对各注流之间的均匀控制带来不利影响;使用新型的U形挡墙后,中间包内死区比例降低了36.67%,3个水口的平均停留时间标准差减小,有利于各流之间的均匀化控制。     

中间包包型优化的数值模拟及生产应用

中间包包型对钢液流动有重要影响,进而影响中间包的冶金效果。利用数学模拟方法,以钢液停留时间分布曲线(RTD曲线)为评判标准,对某钢厂的中间包包型进行了优化改造,优化后出口浓度最大时间延长了200 s,钢液活塞区比例由39.3%增加至69.6%,死区比例由10.11%降至4.77%,且铸余减少3.5 t;包型优化后的大样电解夹杂物含量减少了72.35%。该包型于2008年12月开始在某钢厂稳定使用,提高了铸坯质量,节省了生产成本,为该钢厂创造了显著的效益。     

气幕挡墙中间包仿真优化及其冶金效果

根据水钢炼钢厂150 mm×150 mm六流连铸32 t中间包的结构操作工艺参数,采用数模仿真法研究了气幕挡墙技术对中间包内钢液流动特性及夹杂物去除的影响,并对HPB235和65钢进行了工业试验。结果表明,气幕挡墙可以有效改善钢液的流动状态,均衡各出口停留时间,有效延长钢液的平均停留时间,降低死区体积,提高夹杂物去除率。该技术适应多流中间包纯净钢冶炼的需求。     

六流小方坯中间包气幕挡墙的数学模拟

根据6流200 mm×200 mm方坯30 t中间包的结构操作工艺参数,采用欧拉两流体模型、多孔介质模型、欧拉-拉格朗日随机轨道模型及Monte-Carlo法,并引入气泡吸附模型,用数学模拟法对比研究了采用气幕挡墙技术对6流中间包内钢液流动特性及夹杂物去除的影响。结果表明,采用气幕挡墙技术优化后,可以有效改善钢液的流动状态,均衡各出口停留时间,有效延长钢液的平均停留时间,降低死区体积,提高夹杂物去除率,适应多流中间包超纯净钢冶炼的需求。     

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。     

连铸中间包不同控流装置使用效果比较的模拟研究

采用水力学数学模拟的方法,研究了3号多孔挡墙和U挡墙对昆钢小方坯连铸中间包流动特性的影响。水力学模拟依据相似原理,用"刺激—响应"实验方法,测定不同工况下停留时间分布(RTD)曲线,得到两种挡墙对中间包流体流动的影响。然后用数学模拟的方法验证水力学模拟的合理性。研究结果表明:3号多孔挡墙可以延长1号、2号水口响应时间及平均停留时间,缩短了3号水口响应时间及平均停留时间,控制各流流动趋于一致。中间包内流体流动特性得到明显改善。使用U挡墙后,钢液的平均停留时间Ta有了大幅增加,但各水口的初次响应时间差距较大,各流的流动特征一致性较差。因而,3号多孔挡墙控流效果优于U挡墙。     

4流大方坯45 t中间包流场的物理模拟和冶金效果

通过几何相似比1:3的水模型对钢厂4流410 mm × 530 mm大方坯连铸机的不同结构的40～50t中间包进行流场、温度场以及流动特征的研究,并得出最佳控流装置。研究结果表明,为满足4流大方坯中间包对流场的要求,有通道式感应加热装置的中间包与无通道式感应加热装置的中间包优化出的最佳控流装置不同。对于无通道式感应加热装置的中间包,采用最佳方案(湍流控制器+带导流孔的"V"型挡渣墙+挡坝组合的控流方式),延长了近流水口响应时间及平均停留时间,各水口钢液的流动模式趋于一致,中间包内钢液的流动特征得到明显改善。生产40Cr钢实践表明,可连浇8炉,各水口最大温差为4℃,中间包钢液中T[O]约为10×10^-6。     

重钢5流方坯连铸中间包控流装置的数理研究

对重钢24t中间包控流装置进行水力学模型试验和数值模拟,通过测定停留时间分布(RTD)曲线和夹杂物的排除量,研究了不同尺寸湍流控制器对中间包流体流动特性的影响。研究结果表明,使用合适的湍流控制器和现有挡墙设置组合,可以延长水口响应时间及平均停留时间,提高活塞流区体积分数30%及降低死区体积分数50%,中间包内流体流动特性得到改善。     

特殊非对称型12流35 t中间包的水模拟试验和控流装置的优化

通过几何相似比1:3的水模型试验分析了钢厂特殊非对称型12流200 mm×285 mm铸坯的35 t中间包的结构特点,得出原中间包不对称度较大,结构不合理,整体混匀效果和各流的一致性较差,需要设计有效的控流装置以改善其内部流动。水模拟结果表明,通过所设计的相对较大的冲击区和两个导流孔的优化方案,使得中间包的整体混匀效果和各流一致性都得到明显改善,其总体死区比例相对原型的27.96%降至8.94%;其各流平均停留时间的标准差降低74%。