板坯连铸结晶器内氩气泡行为的模拟研究

针对氩气泡在板坯连铸结晶器中的运动行为,以190 mm×1 900 mm板坯连铸结晶器原型为研究对象,采用水力学模型及数值模拟的方法,重点研究了拉速为1.7 m/min时不同水口吹气量对结晶器内气泡大小、气泡分布、液面波动、渣-金行为等的影响。研究结果表明:随着水口吹气量增加,气泡尺寸逐渐增加,结晶器窄边气泡数量不断减少,气泡大都聚集在水口附近上浮,水口吹气量是引起乳化卷渣、水口附近液面裸露及卷渣等的主要因素。     

连铸结晶器内弥散氩气泡的瞬态运动和捕捉行为

针对连铸结晶器内弥散氩气泡的瞬态运动和捕捉行为,发展了耦合流动-传热凝固-气泡运动的大涡模拟模型,研究了结晶器凝固坯壳内钢液的非稳态湍流场和氩气泡的瞬态运动特征.结果表明,凝固坯壳对结晶器内钢液流场有较大影响,液相区内钢液流动不对称,导致气泡的运动和捕捉位置分布不均匀;小尺寸的气泡更容易运动到液相穴较深的区域;且随着拉...     

宽板坯连铸结晶器内氩气分布的水模型

 针对塞棒、上水口吹氩时,吹入的氩气有多少进入到结晶器钢水内和氩气在结晶器断面上如何分布的问题,采用1：1水模型,重点研究了吹气量、吹气方式、拉速、浸入式水口倾角等工艺参数对不同宽度结晶器内气体分布状况的影响。结果表明,吹气量和吹气方式对结晶器内气体分布几乎没有影响,而拉速和水口倾角基本上就决定了宽度方向上的气体分布状况。小的结晶器断面宽度、小的水口倾角、高拉速时窄面附近含气比例更高,氩气泡更易被凝固坯壳所捕捉而使铸坯产生气泡缺陷。     

连铸结晶器内钢/渣界面波动及卷渣行为的实验研究

连铸结晶器钢/渣界面时常发生卷渣现象,严重影响连铸坯质量.本文通过水模型实验研究了吹氩量、拉速、水口浸入深度对钢/渣界面波动及卷渣现象的影响.利用波高仪采集液面的波动数据,采用高速摄像机捕捉钢/渣界面卷渣时的瞬时图像,重现了剪切卷渣、漩涡卷渣、大气泡卷渣及抽吸卷渣现象.结果表明:随着吹氩量的增大,结晶器液面波动加剧,适当的吹氩量有利于抑制卷渣,本实验中0.8 L/min吹氩量下的卷渣频率最低;随着水口浸入深度的增加,液面波动程度和卷渣频率均呈降低趋势;随着拉速增大,水口附近的波动先减小后增大,窄边附近的波动逐渐增强,卷渣频率逐渐增大.     

连铸结晶器内液面波动行为的大涡模拟

构建一种描述连铸结晶器内自由液面波动行为的大涡模拟,验证数学模型预测流场的准确性,研究连铸结晶器内瞬态流场和自由液面波动,定量解析结晶器液面波动的波高、速度和湍动能。结果表明:连铸结晶器内流场具有非稳态特征,影响着自由液面瞬态波动。自由液面在SEN水口和窄壁面中间位置处波动剧烈,SEN水口两侧液面波动的波高和速度在时空范围上呈现非对称性分布特征。     

电磁搅拌作用下连铸结晶器内液面波动行为

电磁搅拌对连铸结晶器内钢液液面波动有重要的影响。以某钢厂直径为250 mm 连铸圆坯结晶器及电磁搅拌器的相关参数为原型,采用湍流模型与多相流模型相结合的方法对电磁搅拌作用下连铸结晶器内钢液液面波动行为进行研究,分析了电磁搅拌作用下钢液液面产生变化的成因。研究结果表明：电磁搅拌作用下钢液液面呈旋转抛物面,与无电磁搅拌作用下的液面截然不同;电磁搅拌作用下钢液液面波动实质上是电磁搅拌电磁力作用的结果。水口附近液面波动会随着电磁搅拌强度的增大而增强,达到一定值时出现卷渣现象。在实际生产过程中,为获得较好的搅拌效果,应考虑结晶器内的液面波动及卷渣行为。     

大方坯结晶器内液面波动与卷渣行为

为深入揭示不同水口类型对结晶器内钢液初始流动的影响,以某厂410 mm×530 mm的大方坯结晶器为原型,基于相似原理,采用1:1的物理模型,比较了直通型、五孔和四孔水口浇注时在不同拉速和浸入深度下的结晶器内液面波动和渣层状态。结果表明,3种水口的液面平均波高范围分别为0.20~0.30、0.23~1.10、0.35~1.28 mm。五孔水口和四孔水口的液面波动均比直通水口剧烈,渣层比直通水口活跃,尽管有轻微卷渣但无裸钢现象,这有利于保护渣的熔化和夹杂物的上浮去除。五孔水口和四孔水口对结晶器壁面的冲击比直通水口强,有助于铸坯中心等轴晶率的提高。推荐该大方坯使用多孔水口时浸入深度和拉速分别为170 mm和0.38 m/min,可保证生产顺行和铸坯质量改善。     

水口扩张角对230mm×1300mm板坯结晶器流场及氩气泡行为的影响

利用离散相模型研究水口扩张角(0~12°)对230mm×1 300 mm板坯结晶器流场及氩气泡行为影响。并用水模型实验进行了验证。结果表明,扩张角增大,能显著减小注流冲击深度及氩气泡在自由液面上浮区域;尤其当扩张角为9°时,结晶器流场较好,自由液面波动较小,有利于夹杂物去除及减轻界面卷渣几率。双流230mm板坯连铸工业性试验表明,安装扩张角9°的水口一流铸坯较安装无扩张角水口的另一流铸坯表面夹渣发生率降低了5.9%~14.8%。     

水口扩张角对230mm x 1300 mm板坯结晶器流场及氩气泡行为的影响

利用离散相模型研究水口扩张角（0~12°）对230mm×1300 mm板坯结晶器流场及氩气泡行为影响。并用水模型实验进行了验证。结果表明,扩张角增大,能显著减小注流冲击深度及氩气泡在自由液面上浮区域;尤其当扩张角为9°时,结晶器流场较好,自由液面波动较小,有利于夹杂物去除及减轻界面卷渣几率。双流230mm板坯连铸工业性试验表明,安装扩张角9°的水口一流铸坯较安装无扩张角水口的另一流铸坯表面夹渣发生率降低了5.9%~14.8%。     

高钛钢连铸结晶器内钢-渣界面反应行为

为了更好地控制高钛钢在连铸生产过程中的钢-渣界面反应,利用电磁感应炉对w([Ti])为0.05％～1.91％的3个级别高钛钢和传统的CaO-SiO2系保护渣进行钢-渣界面反应试验,进而系统地分析了不同Ti含量对钢-渣界面反应的影响规律.基于双膜理论,考虑组元的质量传输,进而判断钢-渣界面反应的限制性环节,并结合质量守恒...     

结晶器内磁感应强度分布研究

采用CST—11A型数字特斯拉计对圆坯连铸机结晶器内磁感应强度进行了研究,研究表明:结晶器的磁感应强度随电流的增加而增大,随频率的增大而降低;结晶器内磁感应强度轴向最大位置在距结晶器上口900 mm位置,向两侧陡降;径向分布不均匀,由搅拌器内表面向中心逐渐减小;高频率经结晶器铜管后衰减更大.研究结果对合理制定及优化电磁搅拌工艺参数提供了理论依据.     

不锈钢板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为模拟及卷渣分析

基于湍流模型与多相流模型的耦合,应用液面追踪技术(VOF),实现了对不锈钢板坯连铸结晶器内流体流动及钢/渣界面行为的模拟计算,并用水模拟结果进行了对比验证,在此基础上计算出实际的钢/渣界面特征及界面上钢/渣行为.通过分析水口的侧孔形状、出口倾角、水口浸入深度、结晶器宽度以及拉速对钢/渣界面特征及界面上钢/渣行为影响规律,指出了钢/渣界面行为与卷渣是密切相关的,进而探讨了钢/渣界面及卷渣形成的机理.     

板坯连铸结晶器液面波动行为数值模拟

以转炉厂一台板坯连铸机为研究对象,生产铸坯断面为230 mm×1 255 mm,运用ANSYS分析软件建立结晶器三维流动—传热耦合模型研究结晶器内钢渣界面波动,主要考虑了水口倾角、浸入深度和侧孔面积等工艺参数对界面波动的影响。结果表明,工况条件下液渣波动过大的原因是水口内径偏小造成结晶器内钢流速度过大;侧孔倾角的增大,液渣波动明显减弱,综合考虑倾角在20°～25°较适合;浸入深度在140～160 mm变化时,其对液渣波动影响较小;随侧孔面积的增大,液渣波动反而增大。     

连铸长水口吹氩气泡行为的试验研究

通过连铸长水口吹氩冷态试验,研究了不同吹氩条件下获得的小气泡的尺寸、分布以及气泡在中间包的流动行为。试验结果表明,低水流量(≤2.4m~3/h)时,孔径0.11mm气嘴产生微小气泡(0.1~0.5mm)比例最大达到60%以上,孔径0.25 mm气嘴微小气泡比例达到45%,孔径0.58 mm气嘴在35%左右。孔径0.11mm气嘴气泡直径主要在0.1~1.0mm,孔径0.25mm和孔径0.58mm气嘴的气泡直径主要在0.1~1.5mm,而0.58mm气嘴产生较大气泡(1.0mm)比例较多。直径0.25mm单孔气嘴和双孔气嘴在水量为3.0m~3/h时,形成的微小气泡(0.1~0.5mm)比例均达到80%以上。在较低水量(≤2.4m~3/h)下,这两种气嘴形成的微小气泡比例相近,但直径0.25mm双孔气嘴比直径0.25mm单孔气嘴产生的较大气泡(1.0mm)比例要小且气泡数量多。在无湍控器的中间包中气泡的作用区域比有湍控器的大。     

上升气泡对钢渣界面行为的影响

钢水与炉渣之间的界面接触面积是影响化学反应效率的关键因素之一。通过搭建水-油体系物理模型,结合图像处理技术,重现气泡穿越渣-金界面现象,研究气泡大小、渣层密度、黏度及界面张力对气泡携带金属量及渣-金界面面积的影响。结果发现,气泡尺寸增加,气泡夹带金属液滴体积及体积增长速率均增大,气泡初始直径从5 mm增大到15 mm及25 mm时,夹带量分别增加733.33%及3 611.11%。随着炉渣黏度增加和密度减少,夹带量增加,但在所研究的炉渣厚度范围内对其影响程度低。气泡穿越过程引起渣-金界面面积的变化是关注的重点。值得注意的是,渣-金界面面积随气泡尺寸增加呈先增加后减少的趋势,气泡直径从5 mm增大到15 mm及25 mm时,界面面积分别增加312.97%及113.44%。当气泡尺寸为15 mm时,油相密度由0.76 kg/m³增加到0.84 kg/m³,界面面积增长率增加67.44%;黏度由8.9 mPa·s增加到193.5 mPa·s,界面面积增长率减少31.39%。另外,通过数值模拟表明油表面张力、水表面张力或者水-油界面张力由0.03 N...     

结晶器内钢液面波动分析与控制

通过水模试验对邯郸钢铁集团有限责任公司邯宝炼钢厂连铸结晶器液面波动原因进行分析。结果表明,随着板坯连铸机拉速提高、吹氩量增加、铸坯断面的增加,结晶器钢液面波动量增大;随着浸入式水口浸入深度增加和水口出口角度增大,结晶器内钢液面波动量减小。选择合适的拉速、恒速浇铸、优化浸入式水口形式和浸入深度、保持适当的吹氩量、执行标准化操作,可以降低结晶器钢液面波动量,提高连铸坯质量。采取优化措施后,结晶器钢液面波动量逐渐恢复到±3 mm以内,热轧卷板边部翘皮和夹杂缺陷比例逐月降低,缺陷率从2010年11月0.41%控制到2011年4月以后0.1%以下。     

底吹钢包内离散气泡运动及界面波动对脱硫行为影响

为了分析钢包内离散气泡和界面波动对脱硫效率的影响,本文采用数值模拟法,选择大涡模拟和离散相模型,结合界面追踪法建立三维瞬态渣-金-气三相流模型,模拟气泡行为及渣层变化规律,同时利用相间传质求解发生于钢包内渣-金界面处的脱硫过程.本模型设置压力为101.325 kPa,反应温度为1873 K,考虑了气泡运动、变形、破碎、...     

结晶器液面波动成因及控制

结晶器液面波动是连铸过程中的常见现象,液面波动过大会造成铸坯夹杂物含量超标、纵裂等产品缺陷,严重的还会引起漏钢事故。系统分析了影响结晶器液面波动的因素,并提出了在夹杂物、结晶器流场、保护渣、冷却制度、拉速、液面控制系统等方面应采取的控制措施。     

连铸结晶器内弯月面行为的研究

采用水模实验以及电脑影像技术,对连铸结晶器内钢液弯月面进行了模拟研究,对不同工艺条件下的钢液弯月面进行了数值模拟.