气幕挡墙中间包内渣钢界面卷混现象

 中间包内采用气幕挡墙是有效去除钢水中细小夹杂的新技术。采用物理模拟方法,研究了连铸中间包采用气幕挡墙时其内流动行为和渣钢界面卷混现象,考察了吹气流量、气幕位置以及与湍流控制器组合对中间包内的渣钢界面的影响规律。结果表明,气幕挡墙的位置和吹气量是影响中间包卷渣的主要因素。     

气幕挡墙对中间包内钢液流场影响的数值模拟

根据实际中间包的操作工艺参数,采用欧拉-欧拉两流体模型,用数值模拟法模拟计算了中间包底吹对钢液流动的影响.结果表明,底吹改变了中间包内钢液的流动状态,在气幕挡墙的两侧分别形成了方向相反的回流区.底吹气体流量对钢液流动状态、气泡分布影响显著,底吹气体流量太大或太小都不利于改善钢液的流动状态.     

气幕挡墙中间包钢水流动的数值模拟

根据二流连铸1500mm×250mm板坯时中间包的操作工艺参数,采用欧拉两流体模型,多孔介 质模型和拉格朗日随机轨道模型,模拟计算了采用湍流控制器和气幕挡墙技术的中间包内钢液流动特性和 夹杂物的运动轨迹,并用Monte-Carlo法统计了夹杂物的总去除率。模拟结果表明,采用中间包气幕挡墙技术 可以有效改善钢液的流动特性,延长钢液停留时间,减小死区体积;当吹气量为0.90m³/h时,夹杂物去除率比 不吹气工艺增加15.6%     

中间包气幕挡墙去除夹杂物的数值模拟

以湍流控制器加单坝结构的FTSC中间包为原型,采用气-液-固三相流数值模拟手段,研究了气幕挡墙对不同粒径夹杂物的去除情况.结果表明,中间包气幕挡墙能够改善钢液的流动特性,提高夹杂物的去除率,尤其对小颗粒夹杂物,去除效果更明显.     

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。     

不同位置气幕挡墙方案对两流连铸中间包内流场的影响

在相似理论的基础上,通过水力学模拟对两流板坯连铸中间包3种不同气幕挡墙形式下的包内流场进行研究。实验结果表明：在同一吹气量（28L/h）时,气幕挡墙置于中间包端部（方案一）,在气幕的两侧形成两个方向相反的回流区域,延长了钢液的平均停留时间,采用该方案时中间包内死区比例为18.5%;气幕挡墙置于中间包墙坝之间（方案二）,也形成了两个较大的回流区,增加了钢液间的混合和夹杂物的去除,中间包内死区最小为17.4%,为三种方案之最优;气幕挡墙置于中间包挡墙之前（方案三）,气幕挡墙并未形成有效的气幕,中间包内部流体未得到充分混匀,出现27.5%的较大的死区。     

中间包气幕挡墙在连铸生产的应用

文章简述了八钢第二炼钢厂板坯连铸机使用气幕挡墙以后的实践过程和存在的问题,以及今后发展改进的方向。     

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。     

中间包气幕挡墙去除夹杂物的数值模拟

气幕挡墙技术是改善钢液洁净度的重要方法,吹入的气泡不仅可以改善中间包流场,还可以黏附去除夹杂物,大大提高夹杂物的去除率。采用Euler-Lagrange-Lagrange方法来研究钢液、气泡和夹杂物三相交互作用行为,该模型考虑了钢液与气泡、钢液与夹杂物、气泡与夹杂物之间的相互作用。在正常连铸条件下,研究了气泡黏附与吹气量对不同粒径夹杂物去除的影响。模拟结果表明,考虑气泡黏附的夹杂物去除率比不考虑黏附去除提高了19.12%～28.94%,气泡黏附夹杂物是去除夹杂物的重要方式之一,在气幕挡墙的研究中不可忽略。在本研究的吹气范围内,夹杂物的上浮去除率和黏附去除率都随着吹气量的增加而增大。与传统的挡墙挡坝中间包相比,使用气幕挡墙取代传统挡坝更有利于夹杂物的去除。     

薄板坯连铸中间包吹氩行为的物理模拟

中间包吹氩是适应洁净钢冶炼的新技术、新方法。依据相似原理,在实验室建立了一定相似比的薄板坯连铸中间包物理模型。比较了传统堰坝组合,吹氩气幕挡墙分别代替堰、坝对中间包流体流动特征的影响,并尝试在中间包内采用双气幕挡墙的控流方式。结果表明,气幕挡墙分别代替堰、坝,中间包停留时间和死区体积与堰 坝组合十分相近;双气幕挡墙代替堰 坝组合,除死区体积较大外,停留时间接近堰 坝组合。上述结论为气幕挡墙技术的进一步应用提供了参考依据。     

通道式感应加热中间包的数值模拟

通道式感应加热中间包为精确控制结晶器内钢液的过热度提供了可能,有必要使用ANSYS和CFX软件计算通道式感应加热中间包电磁场、流场及温度场分布来揭示中间包内电磁冶金过程。计算结果表明:通道内的感生电流密度大于注入室和分配室内的感生电流密度;在中间包通道内磁场和电磁力的不均匀分布促使钢液旋转流动,且在通道内钢液出现双漩涡现象;但是感应加热中间包内钢液温度均匀,其中间包水口截面最高温度与最低温度仅差1 K;无感应加热装中间包进出口温降可达到7 K,采用感应加热技术能够使中间包温降得到补偿。     

Fluid flow behaviour in slab continuous casting tundish with different configurations of gas bubbling curtain

Abstract

Fluid flow characteristics in a two strand slab continuous casting tundish with different configurations of argon gas bubbling curtain (GBC) were investigated in physical modelling experiments. It was found from this research that the GBC with a small flow rate acted as a gas dam and could greatly improve the flow characteristics in the tundish. It increased dramatically the peak concentration time and plug flow volume, decreased greatly the dead volume, created surface directed flow and eliminated short circuiting. Therefore, the fluid flow characteristics in a tundish with GBC were favourable to the floatation and separation of inclusions from molten steel. The flow characteristics with low gas flow rate and short distance of the bubbling curtain from the tundish outlet were better than those with high gas flow rate and large distance of the curtain to the outlet. The optimal configuration for the improvement in fluid flow characteristics was turbulence inhibitor (TI)–weir–dam–GBC (TI–W–D–GBC), followed by TI–channel weir (CW)–GBC, TI–W–GBC and TI–GBC.     

Mathematical and physical modeling studies of molten aluminum flow in a tundish

Quantitative velocity and turbulence measurements that were obtained using laser Doppler velocimetry during the course of the physical modeling of the molten aluminum flow in a tundish are presented. Laser sheet and surface powder visualization techniques were also used to provide qualitative understanding of the complex three-dimensional (3-D) flow regimes encountered in the tundish. The experimental findings are compared to the results obtained by the finite-element computational simulation of the flow, showing favorable agreement between the two approaches. Nonintrusive laser Doppler measurements revealed asymmetric velocity and non-isotropic turbulence field near the nozzle exit. In the vicinity of the nozzle, the interaction of the impinging jet and the inclined walls gives rise to vortex structures. Downstream of the nozzle, two counter-rotating secondary cells diminish in strength. The experiments indicate that the turbulence structure near the bottom of the tundish is isotropic, whereas nonisotropy dominates near the free surface. As flow turns through the bend, a separation region is created. The flow heading into the closed duct is observed to be nonsymmetric.     

板坯连铸中间包气幕挡墙夹杂物去除的研究

分析了中间包不加气幕挡墙和加气幕挡墙吹氩时夹杂物上浮速度与气泡直径、夹杂物直径和密度的关系。气泡尺寸对夹杂物的上浮速度影响比较明显,夹杂物的密度对上浮速度的影响不大。进行了中间包气幕挡墙的工业试验,试验表明:中间包底吹气对钢液中小夹杂物的去除作用不明显,而对大型的夹杂物去除效果显著。     

FTSC薄板坯连铸中间包内流场及夹杂物运动轨迹的数值模拟

以FTSC双效冲击板加单坝结构的中间包为研究对象,应用FLUENT软件计算了中间包的三维流场、温度场、夹杂物运动轨迹及不同尺寸夹杂物的排除率.结果表明,FTSC中间包内的双效冲击板和单坝能够明显改善钢液的流动状态和温度分布,显著提高夹杂物的排除率,并且对小尺寸夹杂物(d<60μm)排除率的影响尤为显著.     

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。     

4流连铸中间包钢水流场的物理数学模拟与应用

以某钢厂4流对称360 mm×480 mm方坯连铸中间包为研究原型,采用1∶3水模型试验和数值模拟相结合的方法研究不同控流装置对中间包内流场的影响,并得到最优的挡墙结构。结果表明,在中间包未添加控流装置时,2个水口停留时间很小,死区比例达到50.09%;采用优化后的Y型挡墙后,活塞区比例增大了14.22%,死区比例减小了32.49%,2个水口停留时间标准差较小。通过现场试验发现:中间包优化后,钢水w(T.O)降低45.61%,夹杂物总量从改造前的0.46 mg/kg降低到0.17 mg/kg。     

中间包气幕挡墙水模与工业试验研究

通过水模型实验和工业试验,研究了中间包底吹氩气对中间包流场和去除铸坯大型夹杂物行为的影响。水模型实验结果表明:中间包底吹气可以改善中间包流场,减少死区体积比,增加平均停留时间。不同实验参数对中间包流体流动特征值的改变程度不同。工业试验结果表明:中间包采用气幕挡墙后,中间包长水口处到铸坯的全氧质量分数降幅提高60.62%;每10kg试样夹杂物总含量由3.85mg降至2.88mg,去除大型夹杂物效果明显,尤其是尺寸小于140μm的夹杂物。     

连铸中间包内部结构优化的数理模拟及冶金效果

通过中间包水模型实验和数值模拟对4流中间包两种控流装置下包内流场进行了模拟研究.结果表明:原中间包内由于形成了短路流使得钢液在中部水口的停留时间短,与边部水口的停留时间相差大.改进型中间包能均匀钢液在不同水口的停留时间,减小中间包的死区比例,提高夹杂物的去除率.工业实验表明与原中间包相比,使用改进型中间包铸坯中的大型夹杂物含量和显微夹杂物数量分别降低44.9%和2.7%.     

Analysis of the mathematical model of the gas bubbling curtain injection on the bottom and the walls of a continuous casting tundish

In the present work, the behaviour of a gas bubbling curtain (GBC) in the continuous casting tundish of industry is studied by using a physical model in the scale of 1:3. This study was made with the following configurations of gas injection inside the tundish: no gas injection, gas injection on the bottom and combined gas injection (CGI) on the bottom and the walls. Mathematical simulations were performed using the Eulerian approach. Mathematical modelling was also used to determine the residence time distribution curves (RTD curves). For the validation of the mathematical model, experiments were made using the physical models to obtain the homogenisation time of salt solutions. All of the results were validated by the experimental results of the RTD curves. The plug flow fraction remained almost constant when gas injection was used on the walls, however the mean residence time and the dead volume fraction, increased and decreased, respectively. The CGI on the bottom and walls allowed the entire cross-section to be covered with the GBC which acted as a barrier to the passage of inclusions.