吹氩板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为的数值模拟

利用VOF方法和Lagrange两相流模型描述了吹氩结晶器内钢/渣界面行为,并用水模型实验检验了数值模拟结果.在此基础上考察了吹氩量、拉速、结晶器宽度、水口浸入深度及气泡尺寸对钢/渣界面卷混的影响规律.结果表明:拉速为1.8 m/min时,增大吹氩量,结晶器的上回流区逐渐消失,气泡对界面的扰动则不断加剧;吹氩量一定时,拉速由1.2 m/min增至2.2 m/min的过程中,气泡的冲击深度增加,氩气泡对钢液流型和界面形状的影响减弱;增加水口浸入深度对抑制吹氩下界面波动作用明显,而结晶器宽度对此影响较小;气泡尺寸显著影响钢/渣界面行为.     

板坯结晶器电磁制动和吹氩过程的钢/渣界面行为

利用数值模拟方法研究了板坯结晶器电磁制动和吹氩耦合作用下吹氩量,拉速和线圈电流强度等不同工艺参数对钢/渣界面行为的影响规律,分析了结晶器内液面波动指数F与液面波动间的关系.研究表明,在一定拉速和电磁制动条件下,吹氩量增加会加剧钢/渣界面的局部波动,F值随吹氩量增加而增大,弯月面处的液渣厚度与F值呈线性递增关系;在一定吹氩量和电磁制动条件下,拉速增加并没有恶化水口附近的钢/渣界面波动,而使F值增大,弯月面处的液渣厚度与F值呈线性递减关系;在一定拉速和吹氩量条件下,增加线圈电流强度会加剧水口附近的钢/渣界面波动.     

The interfacial behavior of molten steel and liquid slag in a slab continuous casting mold with electromagnetic brake and argon gas injection

利用数值模拟方法研究了板坯结晶器电磁制动和吹氩耦合作用下吹氩量、拉速和线圈电流强度等不同工艺 参数对钢/渣界面行为的影响规律, 分析了结晶器内液面波动指数F与液面波动间的关系. 研究表明, 在一定拉速 和电磁制动条件下, 吹氩量增加会加剧钢/渣界面的局部波动, F值随吹氩量增加而增大, 弯月面处的液渣厚度与F 值呈线性递增关系; 在一定吹氩量和电磁制动条件下, 拉速增加并没有恶化水口附近的钢/渣界面波动, 而使F值 增大, 弯月面处的液渣厚度与$F$值呈线性递减关系; 在一定拉速和吹氩量条件下, 增加线圈电流强度会加剧水口附 近的钢/渣界面波动.     

SPHC钢热轧板边部翘皮缺陷的成因分析及控制措施

针对唐钢生产的SPHC钢热轧板边部翘皮缺陷多问题,对边部翘皮缺陷的产生原因进行了分析。结果表明,造成板卷边部翘皮缺陷的主要原因是连铸过程中结晶器卷渣,通过选择性能合适的保护渣,将结晶器宽面水流量由250 m~3/h降为215 m~3/h,窄面水流量由27 m~3/h降为25 m~3/h,将板间氩气背压设置在0.01～0.025 MPa范围内,将水口浸入深度控制在80～150 mm范围内,将铸机拉速控制在1.3～1.7 m/min范围内并保持恒拉速,最终使板卷边部翘皮缺陷导致的降判率由0.21%降至0.03%。     

水口吹氩工艺条件下连铸结晶器内钢液流动行为的模拟和优化

采用冷态物理模拟方法研究了在吹氩工艺条件下板坯连铸结晶器内钢液的流动行为,考察了水口吹气量、水口插入深度和拉速等参数对连铸结晶器内钢液流动行为的影响,并在此基础上进行了优化设计.实验结果表明:在本实验条件下,当拉速大于0.8m/min时,水口吹气量可选择为4～6 L/min,水口插入深度可选择为180～200 mm.     

唐钢薄板坯连铸高拉速技术优化研究

唐钢薄板坯连铸连轧线在2012年围绕提高连铸拉速对薄板坯连铸机进行工艺技术优化,优化后连铸工作拉速由原来的4 m/min以下提高到4.5～5.5 m/min,最高拉速可以达到6.0 m/min。为解决连铸拉速提高后铸坯质量缺陷增加的问题,对高拉速保护渣、浸入式水口、结晶器冷却方式和结晶器窄板进行技术优化研究。通过优化,连铸坯的裂纹缺陷率降至0.1%以下,表面夹渣缺陷率不高于0.03%,结晶器铜板寿命显著延长,漏钢率不高于0.1%,实现了高拉速下薄板坯连铸的稳定生产。     

低碳钢板坯夹渣缺陷分析及控制

某炼钢厂生产低碳钢中厚板坯时,在较高拉速（1.6~2.1 m/min）下,铸坯表面质量正常;当拉速降低至1.2~1.3 m/min时,连铸坯表面出现暗灰色无规律分布的长条状及块状质量缺陷;电镜能谱分析表明,缺陷处含有结晶器保护渣。通过建立铸坯传热数学模型,分析了不同拉速下结晶器内温度场分布,并据此优化了保护渣物理化学性能.表面夹渣缺陷率由11.2%降低到0.9%,取得了较好的应用效果。     

首钢炼钢技术的进步与创新

介绍了首钢迁钢、首钢首秦和首钢京唐三个炼钢单元以绿色、高效和洁净钢生产为原则开发的一系列创新技术。1)转炉少渣炼钢技术(SGRS)实现了转炉炉渣的高温循环使用,转炉炼钢石灰、轻烧白云石消耗与炉渣排放量分别降低了45%、35%、31%以上。2)转炉顶底复吹CO_2技术实现了约7%的CO_2混吹,终点炉渣中T.Fe质量分数降低了3.6%、炉渣中P2O5质量分数增加了0.63%、吨钢煤气量增加了5.2 m~3。3)稳定高效转炉底吹技术(SEBC)确保了全炉役转炉高效底吹冶炼效果,平均碳氧积为0.002 0,有效提高了钢水的初始洁净度。4)椭圆浸渍管RH真空精炼技术实现了RH循环流量增加51%,冶炼超低碳钢的脱碳时间缩短4.0 min。5)高拉速连铸技术将连铸拉速提升至2.5 m/min,不仅实现了高效洁净钢平台的贯通,还改善了冷轧钢板表面质量。6)倒角结晶器连铸技术将产生角横裂纹缺陷的含Nb微合金化钢板坯的比例降低至0.14%以下,还减少了冷轧钢板边部翘皮缺陷的发生率。     

保护渣碱度对薄板坯结晶器平均热流量的影响

在钢的连铸过程中,钢水在结晶器内的凝固对铸坯的产量和质量均有很大影响,几乎所有的铸坯表面缺陷均形成于结晶器内。近年来,随着连铸拉速的增加及对铸坯表面质量要求的提高,有关结晶器冷却、传热对钢水的初始凝固及表面纵裂纹影响的研究成为连铸科学研究的重点。结晶器壁热流不均是纵裂纹产生的有利环境,保护渣控制传热为常用的措施。薄板坯浇铸时由于拉速高,为获得表面无缺陷铸坯,对保护渣控制传热的要求更高,同时也需协调保护渣的润滑功能。通过生产试验,研究比较3种碱度保护渣（CaO/SiO2分别为1.06、1.26和1.48）对薄板坯结晶器平均热流量的影响,发现与低碱度保护渣相比,使用高碱度保护渣时,结晶器热流量最低,有利于实现弱冷却,形成均匀凝固坯壳,在一定拉速条件下浇铸裂纹敏感钢种时有助于获得良好表面质量的铸坯。     

吹氩结晶器内钢渣界面氩气泡行为研究

吹氩结晶器内钢渣界面氩气泡的行为对液态保护渣的乳化有重要影响,与钢渣界面处气泡大小、数量及上浮速度等因素有关。因此,本文建立了原型与模型相似比为1∶0.6的板坯结晶器水模型,研究了吹氩量、拉速、水口浸入深度和侧孔倾角对结晶器内钢渣界面氩气泡行为的影响。结果表明,增大吹氩量,从水口到结晶器窄面上浮气泡平均尺寸减小趋势愈加明显,水口附近气泡数量增多且上浮速度逐渐增大,结晶器窄面附近气泡数量有所增加,气泡上浮速度逐渐减小;增大拉坯速度,结晶器内气泡尺寸减小,气泡数量增加,水口附近气泡上浮速度呈减小趋势,窄面附近气泡上浮速度则逐渐增大;增大水口浸入深度,气泡平均尺寸呈减小趋势,水口附近气泡上浮速度略有增加,窄面附近气泡上浮速度先增大后减小;增大水口倾角,气泡直径峰值逐渐减小,窄面附近气泡上浮速度先增加后减小     

高拉速薄板坯连铸结晶器钢渣界面波动分析

为应对提高拉速薄板坯结晶器内钢液不稳定行为,以1 520 mm×90 mm薄板坯结晶器为研究对象,利用液面追踪技术VOF方法建模计算,对薄板坯钢渣界面进行了深入研究,实现了对薄板坯连铸结晶器内流体流动及钢/渣界面行为的模拟计算。并结合实际生产工艺,采用1∶1物理模型和数值模拟相互验证,分析了拉坯速度、浸入深度和保护渣黏度种类对结晶器流场及钢渣界面的影响。结果表明,当结晶器钢液面流速为0.20~0.25 m/s,且界面较平稳时,保护渣黏度高于0.237 Pa·s可以适用;当钢液流速为0.25~0.30 m/s,保护渣黏度为0.382 Pa·s时,现场低碳钢卷渣率小于0.5%,表现出良好的抗卷渣能力。     

拉速对板坯倒角结晶器钢液流动的影响

为研究凝固坯壳影响时拉速变化对板坯倒角结晶器内流场和温度场的影响,通过数值模拟和物理模拟研究相结合的方法,建立了板坯倒角结晶器流动、传热及凝固三维数学模型和相似比为1∶1的断面尺寸为1 490 mm×230 mm的板坯倒角结晶器物理模型。数值模拟和物理模拟流场形态及液面相同位置流速结果进行的对比分析表明了数模和水模试验结果趋势的一致性;拉速变化对倒角结晶器内流场及温度场的数值影响明显,但对整体形态影响不大;拉速增大到1.7 m/min时液面流速过快、波动剧烈,极易出现卷渣;拉速增大会强化钢液流股对窄面凝固坯壳的冲击,导致坯壳重熔减薄;在本试验研究范围内以1.5 m/min拉速进行生产能够取得较好的综合效果。     

漏斗形结晶器液面流场物理试验与数值模拟分析

当FTSC薄板坯连铸机生产拉速提高到4～6 m/min时,浸入式水口通钢量增加,结晶器内流场扰动加剧,卷渣率提高,对生产顺行及铸坯质量都将产生重大影响。因此,为了解结晶器液面流场,根据实际生产情况,制作了1∶1的结晶器水物理模型,并通过Fluent软件对结晶器液面流场进行了数值模拟,研究了水口浸入深度及拉速对液面流场的影响。结果表明,在水模型物理试验中,水口浸入深度恒定为130 mm时,拉速在4～6 m/min范围内,结晶器表面流速随着拉速的提高而增大,其最大值范围为0.401～0.693 m/s;在6 m/min恒定拉速下,水口浸入深度在130～190 mm范围内,结晶器表面流速随着水口浸入深度的增加而减小,其最大值范围为0.503～0.690 m/s。在数值模拟中,水口浸入深度恒定为130 mm时,拉速在4～6 m/min范围内,结晶器表面流速随着拉速的提高而增大,其最大值范围为0.50～0.75 m/s;在6 m/min恒定拉速下,水口浸入深度在130～190 mm范围内,结晶器表面流速随着水口深入深度的增加而减小,其最大值范围为0.65～0.75 m/s。结晶器表面流速随着距水口中心距离的增大有先增加后减小的规律。     

吹氩条件下结晶器钢渣液面波动行为

为深入揭示不同工艺条件下结晶器钢渣界面行为,采用Fluent流体力学软件对某钢厂断面为1 000 mm×230 mm的结晶器进行数值模拟。分析不同拉速(0.9~1.5 m/min)、水口倾角(12°~15°)和氩气流量(0~6 L/min)对结晶器钢渣界面波动的影响。结果表明,吹氩量为4 L/min时,拉速的增加会减小氩气泡上浮对结晶器水口附近钢渣界面的扰动,但靠近结晶器窄面处波高会随着拉速增大而加剧;氩气流量的增加使水口周围钢渣界面波动加剧,窄面附近波动由于氩气泡上浮对钢液湍动能的消耗增加而变得平稳;水口倾角对钢渣界面影响较大,倾角较小时,氩气泡上浮距离变短,水口周围和窄面附近波高和速度都比较大。     

水口结构对薄板坯初始凝固行为的影响

以薄板坯连铸结晶器为研究对象,采用有限元法,建立了流动、传热、凝固的三维耦合数学模型。重点研究了拉速及双侧孔水口出口面积比对结晶器内自由液面流动情况、铸坯表面温度分布与凝固坯壳生长的影响。结果表明,当拉速由6 m/min减少到4 m/min时,液面波动由±10.5 mm降至±4.5 mm,而结晶器出口处的坯壳厚度将由7.1 mm增加到9.5 mm;当水口出口面积比由1.56增加到2.00时,液面波动由±9.1 mm降至±7.1 mm,出口处的坯壳厚度减薄了0.4 mm。     

方坯连铸结晶器内表面流速与卷渣行为模拟

针对中小断面方坯侧分水口浇铸技术,以实际180 mm×240 mm断面方坯连铸结晶器为原型,基于相似原理,采用1：1的物理模型,比较了直通型和侧分旋流型水口浇注时在不同拉速和浸入深度下的结晶器内自由表面流速和渣层状态。结果表明：相同的浸入深度和拉速下,旋流型水口浇注时结晶器内各测点表面流速比直通型水口大;在实验条件下,直通型水口表面流速为0.010～0.023 m/s,旋流型水口为0.010～0.055 m/s,拉速和浸入深度对旋流型水口表面流速的影响较直通型水口显著;此外,采用旋流水口时结晶器的渣层波动要比采用直通型水口时频繁,拉速1.0 m/min、浸入深度120 mm时,其渣层波动适宜,钢渣界面活跃且无卷渣和裸钢现象发生,此时两测点的表面流速分别为0.028和0.032 m/s,是较适宜的工艺条件。