加设控流装置的T型五流非对称中间包流动特性数值模拟研究

基于某炼钢厂非对称五流连铸中间包的技术改造,采用数值模拟技术对加设控流装置的连铸中间包内部速度场和温度场进行模拟计算,得到钢液停留时间分布(RTD)曲线.通过对无控流装置和加设控流装置的对比分析研究表明:设置合理的控流装置位置、小孔直径和开口方向的控流装置,能够明显改善中间包内的流动特性,使钢液的分配均匀,降低了死区的比例,有利于夹杂物的去除.     

连铸中间包长水口位置对流场和夹杂物去除率的影响

通过对中间包流动过程测速及选择空心玻璃微珠模拟夹杂物,对1∶2的6流连铸中间包进行水力学模拟试验,研究了长水口位置改变对中间包流场、RTD曲线以及对中间包内夹杂物去除率的影响。结果表明,长水口与6个出口连线的垂直距离由800mm增大到1 000mm时,中间包注流区流场变化不大,活塞流体积增大,夹杂物去除率增大了28.76%,提高了中间包的冶金效果。     

两流连铸中间包控流装置的优化设计

针对两流连铸中间包,采用数值模拟方法,研究了12种控流装置对流体流动特性的影响。结果表明:中间包内不设置控流装置时,出流水口的响应时间和峰值时间均较小;合理的控流装置设计可延长钢液在中间包内的平均停留时间,提高活塞流区的体积,降低死区的体积。通过对流场和RTD曲线的综合分析,湍流控制器+坝的控流效果最好,中间包的死区体积分数减少到16.51%,死区所占的比例大大降低,浇注区由死区占主导地位变为活塞流占主导地位;不采用湍流控制器的挡墙也得到较好的控流效果,死区体积分数减少到24.32%。     

板坯中间包控流装置优化的数值模拟

以某钢厂板坯连铸中间包为模型,利用数学模拟方法,对中间包内钢液流场进行研究。采用正交试验法研究了堰坝距离、坝的高度和堰的插入深度对中间包内钢液流场及RTD曲线的影响,得出各因素对活塞区体积的影响程度及最佳控流装置组合,为现场提出了控流装置的优化方案。优化后中间包活塞区由62.23%提高至70.75%,死区比例由7.11%降至5.75%,明显提高了中间包的冶金功能。     

中间包流场数值模拟

针对邯钢三炼钢8机8流方坯连铸机中间包,通过建立数值模型,研究在设置挡渣墙和坝前后以及不同的挡渣墙情况下,中间包内钢水流场规律,并通过RTD曲线分析了连铸中间包内挡渣墙和坝对其钢液流场的影响,为优化方坯中间包钢水流场积累了很好的技术经验。     

优化高拉速板坯连铸中间包控流装置的水模型和数值模拟

通过建立模拟高拉速板坯连铸中间包内钢液流动的水模型和数值模拟,研究了挡渣墙、坝和抑湍器等控流装置对中间包内流体流动特性的影响.结果表明,有无冲击板对中间包流动特性的影响不大,抑湍器与单墙双坝的合理搭配对中间包内夹杂物有效去除的流动特性十分重要,否则会起负面影响.提出了一个控流结构优化设计的方案.     

通道式中间包非等温流场的数理模拟与优化

为了研究通道式中间包内部结构及非等温条件对流场的影响,通过对中间包通道的位置、角度和岔口的角度进行优化设计,确定了中间包通道的最优设计方案。并采用传统的数值模拟与水模拟试验结合先进的测速手段,基于非等温水模拟试验,对中间包内的速度场、涡量场和RTD等表征参数进行了定量研究,探究非等温条件对中间包流场的影响。结果表明,中间包内通道加热显著影响中间包流场分布,强化了中间包内湍流分布的范围及强度。由水模拟时均化结果可知,非等温条件下的液面最大流速为0.06 m/s,相对于等温条件增大了50%。经过方案对比,主通道位置在通道中心纵向距底部为150 mm高度处,与底面夹角为3°,且岔口与主通道平面呈30°仰角的结构为通道式中间包最优的设计方案。     

中间包底吹气正交试验数值模拟研究

针对宝钢特钢连铸坯生产过程中存在明显地卷渣问题,采用正交试验设计方法,对中间包内钢液流动过程进行数值模拟,研究了坝堰位置、坝堰高度、吹气量大小及吹气位置等因素对平均停留时间、死区体积、活塞区体积的影响,以期为中间包内钢液流场优化提供依据。结果表明：在正交优化的最佳方案基础上,吹气位置设置在离中间包入水口中心距离1 700 mm处时,死区比例小,活塞区体积大,平均停留时间长。     

离心中间包内钢液流动的数值模拟

采用数值模拟方法对离心中间包内钢液的流动结构及混合特性进行了研究,并用水模型结果进行了验证.流场的研究结果表明:旋转室内强烈的湍流极大地促进了夹杂物的湍流碰撞生长.另外,在旋转室切向出流的影响下,分配室内形成了较大的水平环流.环流的形成增强了钢液的混合程度,且延长了夹杂物沿着液面运动的距离,增大了夹杂物的去除机会.对钢液停留时间分布(RTD)的预测结果表明:由于钢液的旋转流动,离心中间包内的死区体积明显减小,活塞区及混流区体积增加,从而夹杂物的上浮去除率提高.     

三流连铸中间包钢水流场的数学物理模拟

应用商业软件CFX及水力学模型,对三流连铸中间包钢水流场进行了模拟研究,分析比较了原型中间包和改造后中间包内钢水的流动状态。结果表明:数值模拟与水力学模型结果相符;原型中间包内存在明显的短路流,死区比例大,均超过了50%;通过改造中间包控流装置后,中间包内钢水流动状态得到了明显改善,死区体积比例大大降低,死区比例均控制在20%以内,最低的仅为9.41%。通过现场试验发现:中部水口出口与边部水口出口的钢水温差最大值由改造前的5℃减小到2℃;事故率明显降低,达到了预期的冶金效果。     

连铸中间包内湍流控制器控流过程的数值模拟

采用ANSYS-CFX软件,针对宝钢4#连铸机中间包结构和操作工艺参数,进行了流动与传热耦合过程的三维数值模拟,并用水力学模拟进行验证。分析比较了无任何控流装置和有控流装置下的钢水流动以及RTD曲线,结果表明：设置湍流控制器可以使中间包内钢水流动死区减少,活塞区增大,更有利于夹杂物的去除。     

堰坝组合对中间包内钢液流动模式的影响

根据某钢厂实际连铸中间包的操作工艺参数,采用数值模拟的手段研究了中间包内钢液的流动模式,通过模拟中间包内钢液瞬态流动,来获取RTD-C曲线,进而计算关键参数值(活塞区体积分数、死区体积分数等)。运用正交试验设计分析了影响中间包内钢液流动的几种因素。合理的堰坝组合能够改善中间包内钢液流动状况,促进夹杂物上浮,降低死区体积分数。试验研究结果表明,控流装置的应用能很好地改善中间包内钢液流动;其中9号堰坝组合方案的中间包内钢液流动模式较合理,死区体积分数明显下降,钢液混合更为均匀。     

异型坯连铸长水口浸入深度对中间包流动特性的影响

以异型坯连铸中间包为研究对象,采用FLUENT软件模拟研究了长水口浸入深度对中间包内钢液流动特性的影响。结果表明,随着长水口浸入深度的增加,中间包死区及活塞区体积有减小趋势,而混合区体积则相反;此外长水口浸入深度对中间包内夹杂物去除率有一定影响。     

多流连铸中间包内钢液流动特性的分析模型

分析中间包内钢液的停留时间分布（RTD）曲线,从而定量描述其内流动特性的组合模型已被应用数十年,但对于多流中间包,目前还没有公认的流动特性分析模型．本文提出了针对多流中间包流动特性的分析模型,为多流中间包内的活塞区、混合区、死区体积分数的定量计算提供理论依据,并与已有的分析方法进行了比较．     

五流方坯连铸中间包流动数值模拟及激光粒子测速研究

通过应用ANSYS商业软件对某厂矩形坯连铸机的中间包钢水流动进行了数值模拟,利用中国重型机械研究院股份公司建立的中间包水模拟测试平台,对缩小的中间包水模型进行了流动速度测试,获取了有控流装置下中间包内的流动特征。研究结果表明,激光粒子测速获得的速度场较数值模拟的时均化速度场展现中间包流场更多的细节,中间包内部有大的涡流运动,整体速度较为均一,速度值在0.03-0.05 m/s之间,钢液在中间包温降在13℃范围内。     

中间包内钢液流动,温度控制和夹杂物行为的数学模拟

本文介绍连铸中间包内钢液流动、温度分布和夹杂物行为等三元传输过程的三维体系数学模型及其部分计算结果．中间包内流动状态的计算结果与前人实测结果作了对照．建立中间包内各种冶金过程的综合数学模型并通过计算机进行仿真是改善中间包工作条件、提高连铸技术的有效手段．     

中间包双板多孔挡墙流动控制去除夹杂物效果的模拟研究

为净化钢液、提高夹杂物在中间包内的上浮率,提出一种新型中间包挡墙流动控制形式——双板多孔挡场流动控制通过数值模拟方法结合水模型实验,对中间包内流体流动及夹杂物的传输行为进行了分析研究．结果表明,采用多孔挡场流动控制可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水清洁度     

四流中间包钢液流动行为的数学物理模拟

中间包内流体流动状态对铸坯质量的优劣起着至关重要的作用。采用合理的控流装置可以优化钢液在中间包内的流动特征,本文通过实验室物理模拟实验与数值计算相结合的方法,分析比较了两种导流隔墙对四流连铸中间包内流体流动特征的影响。物理模拟和数学计算结果能够较好地吻合,结果表明：与直板挡墙中间包相比,V型导流隔墙的使用将中间包死区体积分率降低了45%,各出水口之间响应时间和峰值时间之间的标准差有所减小,均匀了各水口之间的流动状态。     

四流中间包控流装置优化的物理模拟

根据相似原理,针对某钢厂四流中间包建立1∶2.5的物理模型,模拟钢液在原包内的流动情况,并研究弧形开孔导流墙和弧形开槽导流墙对中间包内钢液流动的影响。水模实验结果表明,由于原包冲击区域较小,导致各流最小停留时间和峰值时间较小,死区比例较高,不利于连铸生产的顺利进行。中间包控流装置采用弧形开孔导流墙和湍流控制器优化后,中间包冲击区体积变大,对两端的控流能力增强,流体在中间包内的流动情况得到很大改善。优化后1、2流死区比例分别减少了12.3%、12.1%,平均停留时间分别提高39 s、52 s。     

连铸中间包内夹杂物去除机理的水模型研究

通过选择乳状液滴模拟夹杂物和连铸中间包水模型实验,考察了控流装置、浇铸速度及夹杂物粒径对中间包内夹杂物去除行为的影响规律.结果表明:挡墙-挡坝组合控流去除夹杂物效果最佳,中间包内强湍流区夹杂物的碰撞、聚合以及向上和表面流速的增加是主因;中间包注流区加入冲击槽,虽然其流体流动特征发生改变,但对夹杂物去除率的影响并不显著;浇铸速度较高时,仅靠控流装置的优化已不能很好地改善夹杂物的去除效果.