板坯连铸结晶器数值模拟

运用Fluent 6.3对板坯连铸结晶器进行数值计算,研究拉速、水口浸入深度及水口开口角度对流场的影响.结果表明:对于断面1400 mm×230 mm结晶器,随拉速增加,液面最大水平和垂直流速均增加,而窄边冲击点的位置基本不变,随距液面距离增加,窄边速度先增加后减小,直至趋向于零;当拉速超过1.2 m.min-1时,液面水平速度增加明显.随水口浸入深度增加,液面最大水平流速减小,浸入深度超过140 mm时,最大水平流速变化不明显;垂直于液面方向的最大速度逐渐增加;对窄边冲击点影响较小.随水口开口向下角度增加,液面最大水平流速减小后增加,水口开口向下12.5°时液面最大水平流速最小,而水口开口向下10°~12.5°时窄边冲击点速度最小.      

180 mm×610 mm板坯连铸结晶器内流场水模型及数值模拟

以北方某钢厂断面为180 mm×610 mm板坯连铸结晶器为原型,针对其生产过程中出现的表面流速波动较大、易卷渣等问题,采用Fluent数值模拟软件,对其浸入式水口底部结构、浸入深度和拉速等工艺参数进行了优化研究,并对数值模拟结果进行了冷态水模拟验证。结果表明,当不改变浸入式水口底部结构,水口浸入深度为100 mm时,拉坯速度应不超过1.45 m/min;当拉坯速度提升至1.55 m/min时,水口浸入深度应保持在120～130 mm时较为合适;若要保持原有工艺条件(拉速为1.55 m/min、浸入深度为100 mm)不变的情况下,应将水口底部结构改为凹槽深度为10 mm的凹面水口,此时结晶器表面流速较为适宜。     

连铸板坯结晶器内钢液流速的控制与应用

针对SPHC-S铸坯生产存在夹渣缺陷的现状，对不同工况条件下的结晶器流场进行了测定，并根据测试结果进行了工业试验验证。结果表明，水口倾角相同的情况下，当插入深度为140 mm时，随着拉速由1.7 m/min增大至2.0 m/min,结晶器表面流速由0.201 m/s增大至0.279 m/s;当插入深度为160 mm时，相同涨速范围内，结晶器表面钢液流速由0.167 m/s增大至0.234 m/s。当水口插入深度相同，倾角为15°时，拉速由1.7 m/min增至2.0 m/min,结晶器表面流速由0.179 m/s增大至0.258 m/s;当浸入式水口倾角为30°时，结晶器表面钢液流速随着拉速的变化由0.167 m/s提高至0.234 m/s。经过表检系统验证试验热轧卷板夹渣情况，发现结晶器表面钢液流速为0.22～0.24 m/s时，卷板夹渣指数最小。此流速对应的最优工况为浸入式水口倾角30°,水口插入深度为160 mm,拉速为2.0 m/min,且按照此工艺参数进行工业生产验证后，卷渣缺陷相比之前减少51%。     

1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场与温度场数值模拟

为研究连铸工艺参数对结晶器内部钢液的作用规律,对涟钢1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场和温度场进行了系统的数值模拟,研究了不同吹氩量(0～7 L/min)、不同水口浸入深度(110～150 mm)和不同拉速(0.9～1.2 m/min)对结晶器内钢液行为的综合影响。结果表明,随着吹氩量增加,自由液面的钢液流速和温度总体呈现降低的趋势;随着水口浸入深度增加,自由液面的钢液流速先降低后增加;随着拉速增加,自由液面的钢液流速增加;水口浸入深度和拉速对温度场的影响较小。当吹氩量为5 L/min、水口浸入深度为130 mm、拉速为0.9 m/min时,结晶器自由液面具有较小的钢液流速和湍动能,同时液面具有较好的温度均匀性。通过数值模拟研究,为合理选择结晶器相关工艺参数提供了理论依据。     

板坯连铸结晶器内钢液表面流速的水模型研究

以承德钢铁厂板坯连铸结晶器为原型,采用1∶1的水模型进行试验,研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面结构及结晶器断面宽度等工艺参数对板坯结晶器内表面流速的影响。结果表明:拉速对表面流速的影响最大,随着拉速的提高,结晶器内钢液表面流速明显增大,当断面宽度为1 650 mm,拉速由0.7 m/min提高到1.4 m/min,表面流速由0.04 m/s提高到0.1 m/s;波浪面结构的浸入式水口表面流速效果最优。     

板坯连铸结晶器保护渣卷渣及其影响因素的研究

对板坯连铸结晶器保护渣卷渣进行的水力学模拟研究结果表明,主要有三种类型的卷渣,即窄边附近的剪切卷渣、浸入式水口附近的旋涡卷渣和水口吹入的氩气泡上浮冲击钢渣界面引起的卷渣.拉速增加、减少浸入式水口浸入深度、减小水口出口倾角和增加吹入的Ar流量均会加大表面流速和液面波动,增大结晶器内卷渣的倾向,而其中拉速增加对卷渣的影响最大.当结晶器宽度为1 900 mm、采用1.4 m/min的拉速时,选择向下25°的水口出口角度、250 mm的水口浸入深度和10 L/min的Ar流量可将板坯结晶器内流场的表面流速和液面波动控制在合理的范围内,从而减小和避免结晶器内卷渣.     

1 500 mm x230 mm板坯结晶器液面波动与卷渣行为水力学模型试验和应用

基于相似理论,以钢厂1 500 mmx230 mm板坯结晶器为原型建立1 ：2的结晶器水力学模型。结果 表明,吹气量一定时,水口中心处到窄边的液面波动先增大后减小,吹气量大于0. 8 lymin时,开始发生卷渣现象, 并且结晶器内的气泡数量变多。浸人深度的增加使液面波动减弱,浸入深度在65 - 95 mm时对卷渣影响的效果不 显著;拉速增加使流股的冲击深度增大,拉速大于LI m/min时有大渣滴被卷入;当结晶器的拉速为1.0 ~ 1.1 m/min, 吹气量为0.6~0.8 I/min,浸入深度为75 - 85 mm时较合理。C45E钢生产实践表明,当拉速由0.9-1.2 m/min调整 至1.0 ~ 1.1 m/min,浸入深度由130 ~ 190 mm改进为150 ~ 170 mm时,铸坯缺陷率由6%降至1.9%。     

高拉速板坯结晶器流场影响因素的模拟研究

采用1∶1物理模拟和数值模拟相互验证,分析了拉速、水口插入深度和断面宽度对结晶器流场的影响。结果表明,当断面为230 mm×1 490 mm,插入深度为150 mm时,拉速从1.3 m/min增加到1.7 m/min,最大表面流速从0.21 m/s增加到0.32 m/s,液面波动平均增幅为21.1%;当断面为230 mm×1 490 mm,拉速为1.7 m/min时,水口插入深度从190 mm降低到150 mm,最大表面流速从0.26 m/s增加到0.32 m/s,液面波动平均增幅为30.6%;结晶器断面宽度从940 mm增加到1 490 mm,由于通钢量增大,液面流速和液面波动都增大;各因素改变时,角部流速的增幅远小于其他部位流速增幅,角部在流场中属于死区;通过物理模拟研究可得,影响液面流速最大的因素是拉速,影响液面波动最大的因素是断面宽度。     

板坯连铸结晶器流场物理与数学模拟研究

对断面为180 mm×675 mm的板坯结晶器进行了1∶1物理模拟和数学模拟,建立了Fluent数学模型,优化了结晶器浸入式水口底部结构,并对结晶器钢液的表面流速、拉速、流场、保护渣模拟等进行了分析研究。结果表明:1)在相同拉速下,倾角为20°凹底20 mm和凹底30 mm的水口的平均表面流速比倾角为15°凸底的水口的表面流速下降了20%左右; 2)对于倾角为20°的浸入式水口,当水口底部的凹底深度由20 mm增加到30 mm时,平均表面流速降低了0. 2 m/s; 3)当浸入式水口在相同水口倾角和底部结构的情况下,拉坯速度从0. 9 m/min升至1. 0 m/min时,平均表面流速上升了5%左右。     

耗散型浸入式水口对1270 mm×150 mm板坯结晶器流场优化

针对某钢厂1 270 mm×150 mm板坯结晶器生产中存在的液面波动问题，改进了浸入式水口结构，并分析改进后的浸入式水口对结晶器流场的影响。研究结果表明，改进水口后结晶器内部流场分布更加合理，表面流速降低，最大表面流速由0.414 m/s减小到0.365 m/s,降低了11.8%。速度场分布的粒子图像测速(PIV)结果与数值计算结果基本吻合，验证了数值计算结果的精确性。最后分别采用原型水口和改进后耗散型水口进行了结晶器油层波动水模拟试验，结果表明采用改进的耗散型水口后，不同拉速下的最薄油层厚度均远远大于原型水口，能够保证油层覆盖液面不裸露。当拉速增加至2.0 m/min时，采用原型水口最薄油层厚度仅为0.005 m,而采用耗散型水口时最薄油层厚度仍有0.015 m。采用新型耗散型水口能够有效降低结晶器自由液面波动，防止钢液二次氧化的发生。研究结果可为优化结晶器水口结构提供参考。     

板坯连铸结晶器内钢液表面流速水模研究

以某厂板坯连铸结晶器为原型,采用1：1的水模型进行模拟实验,研究表明：增加拉速、减小水口的浸入深度、减小水口出口向下的倾角以及增加水口的吹气量均会增加结晶器内钢液的表面流速、增大结晶器内卷渣的倾向,其中拉速的增加对表面流速的影响最大。     

连铸结晶器内钢液流场的水模型研究

采用1:1水模型研究了260 mm×300 mm坯连铸结晶器中钢液在拉速0.5～0.8 m/min、浸入深度90～120 mm和5种水口结构时的流场。试验结果表明,合理的水口结构有利于降低冲击深度,现有的直筒型水口过大,优化后的水口可使冲击深度降低30%～40%;随拉速增大,冲击深度增加,而浸入深度对冲击深度影响不大。     

H型坯连铸结晶器内钢液传递特性的数值模拟

以950 kg/m H型连铸坯结晶器为研究对象,采用FLUENT软件建立三维几何模型,模拟研究了水口浸入深度125 mm和175 mm时拉速（0.6~1.2 m/s）对结晶器内钢液传递特性的影响。结果表明,不同拉速条件下H型坯结晶器内钢液流态相似,但随着拉速的增大,结晶器内钢液流股冲击深度增大和结晶器自由表面流速增大,保护渣熔化状况有改善趋势,同时结晶器液面波动和钢水对凝固坯壳的冲刷有增大趋势。而各粒径夹杂物上浮去除率随拉速的增大而降低,其中大颗粒夹杂物去除率降低显著,当拉速由0.6 m/min增至1.2 m/min时,100μm夹杂物的去除率由16%降至10%。该模拟条件下,20~100μm夹杂物去除率在4%~16%。     

280 mm×380 mm方坯连铸结晶器钢水流场的数值模拟

借助商业软件CFX4.4,对拉速0.8 m/min、两孔浸人式水口结构内腔中的钢水流动和(mm)280×380 ×800结晶器内70L(0.70%C)钢水流场进行了数值模拟。结果表明,侧孔倾角度10°、20°时,结晶器液面附近有二次漩涡出现,易造成卷渣;倾角30°时,液面相对平静;水口插入深度175~225 mm时,水口射流对结晶器钢水液面没有明显的冲击。     

160 mm×160 mm小方坯连铸结晶器内流场数值模拟

采用Fluent软件对断面为160 mm×160 mm小方坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以结晶器表面流速以及结晶器内钢液的流场状态为主要参考目标,模拟研究了160 mm×160 mm小方坯结晶器在不同拉速条件下相适应的水口浸入深度,并对数值模拟结果相应地进行了水模拟验证。结果表明,当小方坯结晶器的拉速为1.7 ～1.9 m/min、浸入深度为80～100 mm时,结晶器内流场较为适宜,不会因液面波动剧烈而造成卷渣等问题。研究结果为小方坯连铸结晶器制定合理的浇注工艺提供了理论指导。     

IF钢板坯结晶器电磁搅拌数值模拟与工艺实践

针对高拉速IF钢铸坯夹杂与气泡缺陷封闭率偏高的问题，通过数值模拟研究了水口浸入深度和拉速对结晶器流场的影响，结果表明，在结晶器电磁搅拌电流为600 A、频率3.5 Hz工况下，随着拉速增高，自由液面活跃指数呈现先增大后减小再增大的趋势，在拉速1.05 m/min附近，最高达0.67，在1.6 m/min附近，最低达0.35，流场均匀性指数略有降低，最佳的自由液面活跃指数为0.5±0.05；当拉速低于1.0 m/min时，随着水口浸入深度的增加，自由液面活跃指数逐步增大至0.40，当拉速大于1.0 m/min时，随着水口浸入深度增加，自由液面活跃指数逐步降低，当拉速大于1.4 m/min时，随着水口浸入深度的增加，自由液面活跃指数大幅下降至0.37;IF钢结晶器电磁搅拌工艺优化后，铸坯夹杂与气泡缺陷封闭率均值下降4%，取得了显著的效果。     

太钢二炼钢结晶器液面波动的水模拟研究

对太钢二炼钢结晶器进行了水模拟实验,研究了水口倾角、水口浸入深度及拉速对结晶器液面波动的影响.根据实际生产情况,实验中拉速取值0.8 m/min、0.85 m/min、0.9 m/min;倾角取值10.、12.、15.;浸入深度取值60～160 mm(间隔20 mm).研究发现水口倾角、拉速对结晶器液面波动的影响较小,水口浸入深度对结晶器液面波动的影响较为显著,根据试验结果,将水口浸入深度由110mm调整为130 mm,OCrl8Ni9不锈钢冷轧板降级比例从6.38%降低到了4.80%.     

MCCR产线110 mm薄板坯结晶器流场的数值模拟

首钢京唐MCCR产线是国内第一条多模式连铸连轧产线,薄板坯高拉速连铸是实现无头轧制模式的基础,结晶器内流场控制是决定薄板坯高拉速连铸的关键。采用VOF两相流模型研究薄板坯连铸结晶器内流场特点,采用插钉法测量实际生产过程结晶器弯月面流速,并与对应工况条件下模拟结果进行对比校验了模型准确性。通过薄板坯连铸结晶器内流场的数值模拟仿真,获得了薄板坯高拉速条件下结晶器内钢液的流动特征。研究了连铸拉速、2种浸入式水口结构等因素对弯月面流速以及波高差的影响。结果表明:随着通钢量由3.4 t/min增加至8.2 t/min,采用四孔水口时,结晶器弯月面钢液流速由0.02 m/s增加至0.30 m/s,结晶器钢液面波高差由2.0 mm增加至7.2 mm;采用五孔水口时,结晶器钢液面波高差由0.25 m/s增加至0.5 m/s,结晶器钢液面波高差由2.6 mm增加至17.0 mm。高通钢量条件下(5.5～8.2 t/min),采用四孔水口更加有利于控制液面波动稳定性。     

CSP结晶器内钢液流动的水模型研究

采用1:1水力学模型对厚度60 mm薄板坯连铸水口浸入深度220～310 mm、出口角度-30°～-60°、拉速4.2～6.0 m/min条件下CSP结晶器内钢液流动行为进行模拟研究。在拉速4.2～5.0 m/min时双侧孔水口下CSP结晶器流场股流冲击深度达850～1010 mm;流场内存在三个滞区,液面波动不稳定;水口角度对结晶器窄面和水口附近波动影响很显著,拉速对结晶器和窄面中心处波动影响较大,浸入深度对水口附近波动影响较大。     

250mm×1800mm板坯连铸结晶器浸入式水口优化的物理模拟

采用1:2水模型研究了水口结构(S1-侧孔倾角矩形,总面积6 868 mm~2,倾角-25°;S2-跑道型,总面积8 468 mm~2,倾角-15°;S3-椭圆形,总面积8 011 mm~2,倾角-15°),拉速0.85~1.05 m/min和浸入深度55~75mm对结晶器内液面波动、流场分布及保护渣覆盖情况的影响、结果表明,液面波动量随侧孔面积和倾角减小而增大,当侧孔面积减小5.4%时,波动量增加约为32.4%:波动量随拉速的增加、浸入深度的减小而增加;冲击深度随侧孔面积、侧孔倾角及拉速的增加而增加、现有水口S2下液面波动过小,不利于保护渣的熔化与均匀传热;现有水口S1下的冲击深度过大,小利于夹杂物的去除。优化水口S3下的液面波动及冲击深度均更加合理,保护渣更加活跃,有利于保护渣熔化和去除夹杂物、