连铸机中间包结构优化及流场分析

以六流T型中间包为分析模型,运用ANSYS软件的CFX模块进行中间包流场的数值模拟分析。考察了六流T型中间包在没有控流装置和在布置不同控流装置情况下的钢液流动特性。对于促进夹杂物在中间包内很好的上浮,提高连铸钢水的纯净度,并为在中间包内设置堰、坝结构的确定与否提供了选择的最佳方式。     

板坯连铸IF钢中间包控流装置优化水模型研究

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停留时间分布曲线,计算其平均停留时间及死区,活塞区和混合区的体积.得出了最有利于改善中间包钢液流动的控流装置组合为下挡墙+湍流控制器,并得出了其具体位置.优化后的中间包比原中间包死区体积下降了4.1%,活塞流增加了8.7%.     

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.     

八流一体式中间包流动和传热特性的研究

某钢厂的八流小方坯连铸机一体式中间包存在中间包流场不稳定且温度场不均匀,各流温度相差较大,最大相差6℃;采用正交试验的方法,利用数值模拟对中间包控流装置的试验方案进行流场、温度场以及流动特征进行研究,优化出新的控流装置。研究结果表明:原中间包控流装置下的中间包内钢液流场不合理,各流流动特征相差较大且温度差异明显,采用优化后新的控流装置后,各流钢液的流动模式趋于一致,且温差明显缩小,夹杂物去除率提高。实际冶金效果显著,生产Q235钢各流最大温差为4℃,连浇时间可达32 h且控流装置基本完好。     

临钢板坯连铸机中间包物理模拟与数学模拟实验研究

以临钢炼钢厂1号板坯连铸机中间包的实际情况为研究对象,采用物理模拟和数学模拟相结合的研究方法,确定中问包内控流装置设置最佳方案。根据相似理论,在选择弗鲁德准数相似和实验模型与原型的几何相似比为0．5建立实验模型,进行物理模拟和数学模拟实验;并对中间包的内腔结构进行合理优化,优化后的中间包冶金效果明显,钢水流动状况较优化前得到较好改善,钢液流动合理,液面平稳且钢液温度更加均匀,钢液的平均停留时间延长,活塞流体积分率增加,夹杂物上浮指数提高,更有利于钢水的净化。     

改善六流中间包内流体流动特性的研究

通过六流方坯连铸中间包水模拟实验,研究了不同控流装置对其流动特性的影响。研究发现:中间包控流装置为原挡渣墙时,其控流效果较差。与原挡墙相比,中间包的控流装置改为新挡渣墙后,表征中间包流动特性的因素有了明显的改善。在新挡墙的基础上,对加稳流器和挡坝控流装置的控流效果进行了研究,发现加稳流器的控流装置极大地改善了中间包流体的流动特性。通过对比和分析几种优化实验方案对改善中间包流动特性的效果后,确定了最优方案。     

中间包钢水流动控制的冶金效果

连铸中间包钢液流动能促进非金属夹杂物上浮,使进入结晶器的钢水进一步净化.结合在钢厂不同容量的中间包安装控流装置(挡墙、坝)进行的生产试验表明,钢水中总氧量、微观夹杂物和大颗粒夹杂都有明显的降低,为提高中间包钢水洁净度、改善铸坯质量创造了条件.     

数值模拟在小方坯连铸中间包优化设计中的应用

计算机模拟作为一种参数优化的工具,越来越多地应用于冶金领域。用流体商业软件对某厂4流T型中间包流场进行数值模拟,从钢液流动的速度矢量图、流线图来分析有、无控流装置的中间包的流动特征。通过模拟分析,确定了合理的中间包控流装置,以指导生产实践。     

T型五流非对称连铸中间包内控流装置优化的水模拟实验

通过T型五流非对称连铸中间包水模拟实验,研究了控流装置对中间包内流体流动的影响。结果表明,结构合理的控流装置能够明显改善中间包内流体的流动特性,优化得出了中间包内控流装置的设计方案,为中间包内控流装置的设计提供了参考。     

八流中间包内控流装置结构的数理研究

针对某钢厂8流无控流装置中间包,应用物理和数值模拟方法进行了控流装置的优化研究.数值计算获得的结论与物理模型实验结果相吻合.使用优化的控流装置,利于夹杂物的上浮去除,延长了钢液在中间包内的平均停留时间,有效减小了各流间的停留时间差和钢液温度差,死区体积由48.2%下降至5.6%,中间包内流体的流动特性得到改善.     

不同形式稳流器对中间包冶金效果的影响

以某厂六流T型对称中间包为原型,计算其在4种不同外形结构稳流器的条件下,稳态浇注过程中钢液流态、温度场分布的变化,并通过RTD曲线定量分析此不同状态下的钢水混合特性。采用多相流动追踪换包操作时,中间包内钢-渣相界面的波动行为,从不同角度探讨稳流器的外形结构对中间包内钢水流动的影响。结果表明不同外形结构稳流器能不同程度地影响中间包冶金效果,每一种稳流器在不同考虑层面上都有其优势和劣势,“墨水瓶型”稳流器在耐火材料使用寿命和钢液界面波动上均表现最佳。     

Optimization of flow control devices for a T-type five-strand billet caster tundish: water modeling and numerical simulation

The optimization of flow control devices(FCDs) for a T-type five-strand billet caster tundish was carried out by water modeling and numerical simulation. In water modeling experiments, flow characteristics of the bare tundish and tundish conf igurations with designed U-type baff les and a round turbulence inhibitor were analyzed using residence time distribution(RTD) curves. Mathematical models for liquid steel in the real plant tundish were established using the fluid dynamics software package Fluent. The flow field, the temperature field, and the RTD curves of liquid steel in the proposed tundish conf igurations were obtained. The results of numerical simulation and water modeling were validated with each other by the predicted and experimental RTD curves. The results of flow field and temperature field were used to ref lect the actual state of a real plant tundish and to choose the optimal FCD. Finaly, from the whole performance of the multi-strand tundish, the optimal scheme was determined by combining the results of water modeling and numerical simulation. With the optimal tundish equipped with U-type baffle with def lector holes and round turbulence inhibitor, not only was the flow characteristic of each strand improved, but also the difference of flow characteristics between multiple strands was smaller.     

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.     

四流H型感应加热中间包控流装置设计

针对国内某特钢厂新上的四流H型双通道感应加热中间包,为改善中间包内流体流动状态,设计了倒八字型与V型两种控流装置。应用数值模拟的方法对两种不同控流装置下的中间包流场、RTD曲线、温度场进行了模拟。结果表明,倒八字型控流装置平均停留时间1 469.6 s,死区体积比5.83%,边部水口与中间水口的最大温差3 K;与V型控流装置相比,平均停留时间延长了41.9 s,死区体积相应降低了4.09%,边部水口与中间水口的最大温差减少了2 ℃。湍流抑制器+倒八字型控流装置设计能更好改善四流大方坯H型双通道感应加热中间包流体流动性。     

连铸单流中间包钢液非稳态流动行为物理模拟

针对非稳态换包过程对钢水洁净度显著恶化问题,基于相似原理,构建了相似比为1∶2的中间包物理模型,对单流中间内钢液非稳态流动行为进行了系统研究。研究结果表明,稳态条件下通过设置尺寸合理的堰坝和湍流控制器可以有效改善中间包内流体的流动状态。非稳态条件下,当钢包换包结束,中间包液位回升过程中,钢液平均停留时间随液位的上升而延长,最长可达497s;死区体积分率随液位回升而逐渐减小,最小降至23.91%。换包过程中液位的降低和回升伴随着流动状态的剧烈波动,最终恶化了非金属夹杂物上浮去除行为。     

中间包流场控制技术的进展

合理控制中间包的流场有利于促进钢液中夹杂物上浮、均匀钢液成分和温度。水模型试验和数值模拟是两种主要的中间包流场研究方法,各有优缺点应相互补充。数值模拟成本低廉速度快,但受限于边界条件的不确定性和湍流模型的局限性难以完全真实反映中间包内的流场。水模型试验能够较为准确地模拟中间包内流场,但无法准确模拟温度场、水口结瘤、覆盖剂和吹气等对中间包流场的影响。研究表明,湍流控制器对降低长水口钢液射流的湍动能、均匀钢液温度和成分、聚拢射流让其转向向上流动降低死区体积分数、延长平均停留时间和优化流场结构具有很好的作用。湍流控制器、堰、坝和导流挡墙合理组合,协同发挥的控流效果,优于单一控流装置的效果。合理调节堰与包底距离、挡坝高度、堰与挡坝距离、堰与出流口距离、挡坝开孔的个数、尺寸和角度,可以优化中间包流场,促进夹杂物去除。气幕挡墙对钢液进行气洗可以提高钢液洁净度。环形气幕挡墙解决了条形气幕挡墙夹杂物去除率低、且不稳定的问题,提高了夹杂物去除率。最后,中间包流场数学模型精细化,并考虑连铸过程中更多工艺与边界条件的影响是未来发展的趋势。对于中间包流场研究的特定问题,针对性设定优化指标,会使得优化研究工作事半功倍。水模型试验作为中间包控流技术的另一种重要研究手段,同样越趋精确化,不断有研究者以提高试验精度为目的在试验方法和测量原理上进行探索和创新。     

宽厚板坯连铸中间包内控流结构优化水模实验研究

通过宽厚板坯连铸中间包水模实验,研究了不同控流装置对中间包内流动特性的影响。结果表明：带顶缘和不带顶缘的抑湍器均能明显提高活塞区的体积分数,且死区体积分数也有不同程度的降低;与带顶缘的抑湍器组合的中间包出口附近的挡坝设计参数对中间包内钢液的流动特性有影响;与带顶缘的抑湍器组合的墙坝间距有一个控制钢液流动特性的最佳值。通过实验研究,提出了优化的设计方案。     

基于F曲线的多流非对称中间包死区计算模型

为了解决组合模型计算多流非对称中间包不同出口的停留时间分布曲线时出现的体积死区分率为负或结果偏差较大的问题,通过把“脉冲刺激-响应”试验所得的E曲线转换为F曲线,建立了基于F曲线的多流非对称中间包整体死区比例分析模型,并通过比较各流出口F曲线的差异量以及差异量极大值、最大值评价了多流非对称中间包钢液流动一致性。应用该模型对四流非对称中间包流场进行分析,水模型试验结果表明,无控流装置的中间包在3号、4号水口上方存在流动缓慢的区域,中间包钢水更新缓慢,流场不合理。增加挡墙后,中间包钢水流动一致性增强,2号、3号水口流动一致性相近;1号、4号水口流动一致性相近。使用挡墙+挡坝2的组合,各流一致性最好,死区比例最小。     

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.     

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。