电磁搅拌宽厚板结晶器内钢液流动和液面波动

为合理控制宽厚板结晶器内的钢液流动和液面波动,提高铸坯质量。通过数值模拟的方法研究了2 200 mm×250 mm连铸结晶器内的钢液流动和液面波动行为。考察了搅拌位置对流动和液面波动行为的影响规律。结果表明,电磁搅拌可增强上回流区域钢液流动,有利于均匀钢液成分和温度。电磁搅拌可使水口附近钢液的流速增加约0.04 m/s,增强了对水口附近钢液的搅拌。提高搅拌位置,搅拌产生的水平旋流增强了下返流流速,使熔池内下涡心位置上移。钢液的水平旋流使上返流发生偏转,减弱了上返流流速,降低了对液面的直接冲击,减小液面波动。适当提高电磁搅拌器位置有利于控制液面波动。电磁搅拌器中心位置Y=-0.1 m时,液面波动可由7.5 mm降低到3 mm以内,可减小液面卷渣,流场具有很好的对称性。     

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。     

水口浸入深度对CSP结晶器内流场的影响

为了解决高拉速生产条件下CSP板坯表面质量问题,利用数值计算软件FLUENT针对某厂CSP连铸机水口插入深度对结晶器流场及液面波动的影响进行了数值模拟研究。研究结果表明,不同的水口浸入深度结晶器内流场基本相同,增加水口浸入深度对结晶器流场影响不明显,水口浸入深度的大小直接决定了从水口流出的流股撞击结晶器窄面位置的高低,同时得出,当水口浸入深度从300、340增大到380 mm时,液面处最大流速分别为0.180、0.160和0.127 m/s;增大水口浸入深度,结晶器上回流对结晶器液面的扰动将减弱,对应的卷渣次数减少。     

电磁制动下钢液射流及钢-渣界面波动行为的数值模拟

建立了描述全幅一段电磁制动作用下结晶器内钢液射流及钢-渣界面波动行为的数学模型,采用数值模拟方法研究了不同电磁参数对结晶器内钢液射流及其引起的钢-渣界面波动行为的影响,分析了磁感应强度及水平磁极与浸入式水口之间距离变化对结晶器内钢液射流行为和钢-渣界面波动行为的影响。结果表明,当全幅一段电磁制动稳恒磁场同时覆盖射流冲击区域、上返流和下返流区域时(D=20mm),电磁制动的施加可以有效控制钢液射流结构,降低上返流和下返流钢液流速,稳定钢-渣界面波动;当电磁制动水平磁极与浸入式水口垂直距离较远时(D=220mm),增大磁感应强度不能对结晶器内上返流区域钢液流速进行抑制,不利于钢-渣界面波动的稳定,增大卷渣发生几率。     

水口位置对电磁偏心搅拌作用下大圆坯连铸结晶器内流动及传热的影响

为消除电磁偏心搅拌给φ380 mm断面圆坯质量造成的不利影响,采用数值模拟方法研究了水口位置对大圆坯连铸结晶器和足辊区内钢液流动和传热的影响。结果表明:在电磁偏心搅拌作用下,大圆坯外弧侧更大的电磁力使从水口进入结晶器的钢液流向外弧侧,并使外弧侧钢液温度升高。将水口向内弧侧偏移后,水口内钢液流向内弧侧,碰到结晶器壁后形成一个较大的回流区,结晶器上部回流区缩小;钢液温度尤其是弯月面处钢液温度明显降低,同时内、外弧侧钢液温差增大。虽然改变水口位置有利于消散钢液热量,但不利于保护渣熔化且增加内、外弧钢液温差,所以改变水口位置的方法不宜用于消除电磁偏心搅拌的不利影响。     

不同宽度板坯结晶器浸入式水口优化的水模研究

采用1:2比例水模型进行物理模拟实验,研究了230mm×(1030,1270,1520,1650)mm宽度的板坯连铸结晶器的流场,优化浸入式水口结构。结果表明,在钢通量一定的情况下,随着结晶器断面宽度的不断增大,同一水口的流股冲击深度增大,整个液面活跃程度逐渐降低,导致液面偏死。可以通过改变水口的比面积,侧孔倾角,高宽比等水口结构参数来适应不同宽度的板坯结晶器连铸工艺要求。     

小方坯连铸结晶器内注流偏流流场的数值模拟

对国内某钢厂165mm×163mm小方坯不锈钢连铸机弧形结晶器建模,利用CFX软件模拟了水口沿连铸机径向向内弧侧偏离不同距离后结晶器内钢液流场和液面波动情况。结果表明,水口沿连铸机径向向内弧侧偏离结晶器入口几何中心12mm时,注流对结晶器外弧侧凝固坯壳的冲击减弱,同时结晶器内内外弧侧向上回流的钢液均能到达弯月面处,结晶器内钢液流场分布更加合理。     

薄板坯连铸结晶器内四孔水口的水模试验

为研究内4孔水口下拉坯速度、水口浸入深度和结晶器宽度对结晶器液面波动的影响,以断面为90 mm×1 500 mm和90 mm×1 270 mm的结晶器为原型,建立1[∶]1的物理模型,通过DJ800水工数据采集系统对结晶器液面波动情况进行检测。研究结果表明：最大波高差出现在2号传感器位置,在浸入深度一定下,结晶器液面波动随着拉速的逐渐增大而增大;当拉速一定时,液面波动随着水口浸入深度从240 mm增加到340 mm而减小;在拉速和浸入深度相同时,小断面结晶器的液面波动情况总体小于大断面结晶器的液面波动。     

板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动及流动行为的数值模拟

建立了板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动行为的三维数学模型,利用数值模拟方法研究了磁场与流场耦合作用下不同工艺参数和电磁参数对结晶器内钢/渣界面波动行为及流场的影响,通过VOF方法对不同条件下的钢/渣界面进行捕捉,讨论不同磁极位置、水口倾角、拉速及线圈电流强度对结晶器内钢/渣界面波动行为和流动的影响。模拟结果表明：电磁制动的施加可以显著降低钢/渣界面波高,减小射流对结晶器窄面的冲击。拉速和水口浸入深度恒定时,磁极位置和水口角度直接影响结晶器内流场形式：当[P＝]40 mm时,增加线圈电流可以降低结晶器内钢/渣界面波高和表面流速,从而减小由液面波动引发卷渣的概率;当磁极距离水口较远时[（P＝]80 mm）,随着线圈电流强度的增大,水口射流的冲击方向向上偏转,引起上回流的流动强度增强,导致钢/渣界面波高增加,增大卷渣发生的概率。     

PIV测速技术分析异型坯连铸结晶器流场

通过建立1[∶]1异型坯结晶器物理模型，采用PIV粒子测速技术，研究断面尺寸为767.3 mm×383.1 mm×103.2 mm异型坯结晶器不同工艺参数条件和不同水口结构对结晶器内流场的影响。PIV实验结果表明，减小拉速和增大水口底部内径可以有效地减小冲击深度，结晶器深度860 mm处水口中心最大流股速度分别下降了27.96%和41.46%；增加拉速和减小水口浸入深度可以提高流场下旋涡上顶点位置。通过减小拉速和浸入深度，增大水口底部内径可以改善结晶器内流场。     

直通型水口浸入深度对220 mm×260 mm方坯结晶器流场影响

结晶器内钢液流动状态会直接影响铸坯的质量,不合理的流场会导致液面流速过大,弯月面波动过大,造成卷渣。采用几何相似1：1水模型和Fluent流体力学软件研究了220 mm×260 mm方坯结晶器直通型水口浇注下,不同浸入深度对结晶器液面波动、表面流速、流场分布、冲击深度、保护渣覆盖的影响。结果表明：直通型水口流股集中,冲击深度较大,液面波动均匀,波动受浸入深度和拉速的影响较小。保护渣渣层覆盖良好,渣层均匀,出现卷渣的可能性较小。综合考虑冲击深度,保护渣活跃程度,结晶器电磁搅拌的影响,现场合适的浸入深度为80～100 mm。     

水口结构对板坯结晶器液面流动行为的影响

针对不锈钢板坯轧材经常出现的夹渣和表面翘皮现象,以实际生产条件为背景,对其连铸结晶器内钢液流动行为与水口工艺的相关性进行了试验研究。基于相似原理建立了相似比0.65∶1的物理模型,对不同浸入式水口结构和浇注工艺参数下的结晶器液面状态进行了流体动力学行为评价与比较优化。其中,主要研究了拉速、浸入深度、水口倾孔倾角(4°、8°、15°)、侧孔形状(矩形、倒梯形)等对结晶器内液面波动和表面流速的影响。结果表明,连铸拉速和水口浸入深度对液面波动的影响比水口结构显著;水口上倾角由4°增大到8°、15°,结晶器表面流速有减小趋势,但因流股冲击深度减小,导致在结晶器弯月面处的波高增大。综合表明,针对实际连铸拉速1.10 m/min的需要,其适宜的水口结构为倒梯形水口侧孔、上倾8°,其在水口浸入深度110~120 mm范围内,液面平均波高为1.1~1.2 mm,平均表面流速约为0.103 m/s。同时用数值模拟方法比较了优化方案和原方案,同样表明优化方案液面较平稳,剪切卷渣概率较低。     

高拉速方坯连铸结晶器钢渣界面行为特征

对于高拉速连铸,结晶器内高通钢量下的钢液与保护渣流动行为控制是保证结晶器区合理凝固与冷却控制的重要一环。通过建立三维方坯连铸结晶器内多相流动、传热与凝固耦合数学模型,研究结晶器内高速钢液瞬态流动现象及其对液面波动与保护渣流动的影响。结果表明,结晶器内高速钢液冲击钢渣界面使弯月面处形成明显的凸起,同时导致水口附近界面波动剧烈。液态保护渣的流动行为受液面波动影响较大,不连续的保护渣流入造成了厚度不均匀的固态渣膜形成,不规整的固态渣膜转而又阻碍了液态保护渣的流入。     

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.     

近终型异型坯连铸用扁平浸入式水口的设计开发

针对莱钢异型坯连铸机实现全保护浇注的要求,开发了一种超扁平形状的浸入式水口。该水口工作端采用了双侧孔结构,并结合不同浇注断面和拉速进行了导流方式优化,主要依据来自于结晶器内钢水流动、自由液面波动以及传热凝固等综合冶金行为的数值预报结果。热态生产试验指出,采用单支扁平形状浸入式水口实现异型坯连铸全保护浇注是可行的,所设计浸入式水口具有显著稳定结晶器熔池液面和促进保护渣熔化的作用,使用寿命初步达到要求,铸坯内外质量得到明显改善。     

吹气情况下异型坯结晶器水口结构的物理模拟

为改善某钢厂异型坯结晶器的流场,以此钢厂异型坯连铸结晶器为原型进行物理模拟研究,并优化其水口结构。试验主要以不同吹气情况下的流场显示、波高测量、电导率测量来研究不同水口结构对结晶器流场的影响以及不同水口结构下结晶器流场的变化规律。结果表明,底孔直径为17mm、吹气量为3L/min的试验条件下结晶器液面波动情况更佳,结晶器内有更好的粒子和墨水流场,这在实际生产中有利于结晶器内温度和成分的均匀,有利于形成良好凝固坯壳,且浇铸过程中不容易产生卷渣。     

1 600 mm×230 mm板坯结晶器流场及液面波动水模拟研究

以某厂1 600 mm×230 mm的板坯结晶器为研究对象,利用相似原理,建立1：2的物理模型,采用波高检测、粒子示踪等方法,研究了不同水口底部形状、浸入深度以及拉速对结晶器流场和液面波动的影响。试验结果表明：采用凸底浸入式水口,拉速为1.1 m/min,浸入深度为220 mm或260 mm时,结晶器液面波动幅度和注流冲击深度较低,无卷渣现象发生。     

结晶器电磁搅拌在方坯的应用

对结晶器电磁搅拌(M-EMS)在邯钢8机8流方坯连铸机使用情况和效果进行了分析和研究,M-EMS能够提高连铸方坯表面质量和内部质量,改善连铸坯中心疏松、缩孔和中心偏析以及减少角裂漏钢;同时对方坯应用M-EMS过程中存在的钢水过热度过高、电磁搅拌线圈漏水和浸入式水口渣线恶化等问题,提出了相应的改进措施。