电磁净化中间包内流场的数值模拟

采用数值模拟的方法对电磁净化中间包内钢液的流动特征进行了模拟研究。结果表明：旋转室内的钢液在电磁力作用下产生水平旋转流动,促进了夹杂物的碰撞、聚合及上浮;旋转室的旋转切向出流以一定角度进入分配室内,所形成的偏流引起钢液流动的非对称性,易在分配室内形成水平环流状流动特征。分配室内设置T形坝控流装置可减轻流场结构的非对称性,分配室内的流动更为均匀。     

离心式连铸中间包内钢液流动特性的模拟

采用数值模拟对离心中间包内的钢液流动特性进行了研究,考察了分配室中挡坝的位置及旋转磁场强度对整体流场结构的影响,并通过试验验证了计算结果的可靠性.研究结果表明,当坝距较小时,分配室内形成了较大的水平环流,环流的形成有利于夹杂物的上浮去除.而当坝距较大时,分配室内的流场结构则呈现明显的非对称性,且随着坝距的增加,非对称越明显.这种非对称性的流场分布不利于钢液的混合,并导致了死区的形成.当磁场强度超过一定值时,磁场强度对钢液的整体流动形态无明显的影响.     

利用自旋式湍流控制器提高中间包夹杂物去除率的研究

提出了一种自旋式湍流控制器,将钢液自身的重力势能转化为水平方向的动能,使其在湍流控制器内做旋转流动,以提高夹杂物的分离去除。采用CFD软件Fluent对中间包内的流场进行了数值模拟,分析了中间包内的流场特征。结果表明,自旋式湍流控制器内钢液的旋转运动明显,强烈的圆周运动有利于夹杂物的向心聚集、碰撞团聚、长大以及上浮去除。     

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。     

板坯连铸异型中间包卷渣水模型实验研究

为改善连铸板坯质量,通过水力学模拟研究了中间包内钢液的流动,并测量了在非稳定浇注条件下避免钢液卷渣的中间包内钢液的临界高度,确定了在中间包内设置抑湍器、坝和堰的混合控流方案。结果表明：中间包设置控流装置后,平均停留时间增加,有利于夹杂物的上浮;同时确定了中间包卷渣的临界高度。     

小方坯连铸6流中间包结构优化水模型研究

针对小方坯连铸6流中间包,采用模型与原型1∶3的相似比,建立水模拟系统,对原型中间包内钢液的流场分布进行评估,并研究了不同多孔挡墙及湍流器对中间包内钢液流动特性的影响.结果表明,使用湍流器能显著降低钢液的湍流强度,减少对浇注区液面的冲刷.湍流器与改进多孔挡墙(Q)组合效果最佳,可以有效地改善中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水的洁净度.     

单流中间包底吹氩气去除夹杂物的数值模拟研究

以宝钢特钢提供的单流板坯连铸机的梯形中间包为原型,在中间包结构内部加装吹气装置,运用FLUENT软件进行了气-液两相流动、热传输和夹杂物去除的数值模拟研究。结果表明,当吹气量为0.3 m~3/h,吹气位置距离入口1 700 mm时,中间包内钢水流动状态得到明显改善,钢液流动更加合理,增加了钢液在中间包内的停留时间,促进夹杂物的上浮去除,夹杂物的总去除率为66.9%。     

中间包湍流抑制器挡片对夹杂物去除的影响

中间包内安装湍流抑制器,并在其底部设置旋度一致的挡片,能够使经长水口注入的钢液在中间包冲击区内形成一个旋转的速度场。中间包内夹杂物在旋转流场中受到向心力的作用向中心汇集,长大上浮而去除。为了研究中间包内湍流抑制器设置挡片对夹杂物去除的具体影响,建立水模型实验。在水模型实验中,设挡片大小及旋度两个参数,每个参数有3个变量。实验结果表明,实验组3(b)挡片宽高为28 mm×40 mm,旋度为30°时去除夹杂物的效果最好。     

中间包双板多孔挡墙流动控制去除夹杂物效果的模拟研究

为净化钢液、提高夹杂物在中间包内的上浮率,提出一种新型中间包挡墙流动控制形式——双板多孔挡场流动控制通过数值模拟方法结合水模型实验,对中间包内流体流动及夹杂物的传输行为进行了分析研究．结果表明,采用多孔挡场流动控制可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水清洁度     

中间包双板多孔挡墙流行控制去除夹杂物效果的模拟研究

为净化钢液、提高夹杂物在中间包内的上浮率,提出一种新型中间包挡墙流动控制形式－双板多孔挡墙流动控制。通过数值模拟方法结合水模型实验,对中间包内流体流动及夹杂物的传输行为进行了分析研究。结果表明,采用多孔挡墙流动控制可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水清洁度。     

电磁净化中间包中钢液流场及传输行为的水模拟研究

采用水模试验,通过流场示踪技术得到电磁净化中间包中的钢液流场形貌,并对圆形腔不同钢液转速下中间包中钢液停留时间曲线进行了测定分析。结果显示,电磁净化中间包的流场比传统中间包的流场复杂:在圆形腔中,旋转运动抑制了大包水口至矩形腔的短路流,而在矩形腔中形成水平环流,从而延长钢液在中间包的平均停留时间,死区减小,电磁净化中间包的上述流场结构及传输行为对钢液中的非金属夹杂物去除非常有利。     

高等级汽车板中间包冶金技术

高端汽车外板在后续轧制或冲压过程中发生夹杂缺陷的比例较高,为了进一步提高中间包冶金的效果,研究了中间包开孔挡墙对正常浇铸过程中夹杂物去除的影响。为了保证钢液洁净度一致,在中间包内一侧采用了不带孔的挡墙,另一侧采用了开孔型挡墙,浇铸过程中同时取中间包钢水及铸坯试样,并采用Aspex夹杂物自动扫描电镜进行分析。结果表明,正常浇铸时无孔挡坝有利于夹杂物在中间包内的上浮去除,有孔挡坝中间包内钢液流场存在短路流,钢液在中间包内停留时间短,夹杂物来不及上浮,随钢液进入到结晶器和铸坯中。因此,采用无孔挡坝中间包浇铸的钢液洁净度优于开孔挡坝中间包浇铸的钢液。     

连铸中间包通道式电磁感应加热数值模拟

中间包作为连铸的中间环节,起着承上启下的作用。如何控制中间包浇铸钢水温度是连铸生产的关键环节。运用有限元软件ANSYS对通道式中间包感应加热进行模拟计算分析,通过控制中间包的钢水出口流速计算得到钢水通过通道的时间,从而得到中间包钢水的温升速度,有效地补偿了钢水散热造成的温降,保证钢水具有合适的浇铸温度。通过参考文献间接验证了此模拟过程的有效性。     

冲击区体积对感应加热中间包流动影响数学模拟

通道式感应加热中间包能够对包内钢水的热量进行及时有效的补偿,有利于提高铸坯质量。建立了某厂五流四通道感应加热中间包的数学模型,研究冲击区体积对中间包内钢液流动的影响。结果表明,冲击区体积占前腔比例的45%时,双峰和短路流问题得到有效解决,各流间钢水分配较为合理,中间包内部钢液能够获得较好的流动性能,中间包总体停留时间达到1020s,死区体积降低为11.5%,3个下水口达到峰值的时间较为一致,最大时间差为49s,达到峰值的平均时长为335s。     

控流装置对四流中间包钢水洁净度的影响

为了研究控流装置对中间包钢水洁净度的影响,采用数值模拟和工业试验验证结合的方法对钢厂方坯连铸中间包进行优化。通过在原型中间包基础上增加U型挡墙,使得响应时间增加5 s,峰值时间增加371 s,改善了钢液在中间包内的短路流现象;平均停留时间增加53 s,死区体积分数减小4.1%,活塞区体积分数增加17.3%,改善了夹杂物上浮的条件;各流一致性水平也得到了提高。工业试验结果表明,在受钢区与浇注区之间增加U型挡墙,使得中间包钢液中夹杂物去除率增加了29.05%,中间包各个区域夹杂物最大尺寸最大可减小26 μm,铸坯上夹杂物去除率增加38.42%,铸坯上夹杂物最大尺寸降至16 μm以下。在中间包中使用U型挡墙,提高了钢水的洁净度以及铸坯实物的质量。     

大方坯六流中间包少流浇注时钢液的流动行为

在连铸过程中,由于钢水不足或设备故障,为适应生产节奏,关闭多流中间包单个或多个水口是常见操作。然而,水口的关闭会导致中间包流场发生变化,并进一步影响到中间包内夹杂物的去除效率。为此,针对某钢厂重轨钢用大方坯六流中间包,应用数值模拟的研究方法对关闭不同单个水口时中间包内的钢液流动行为以及夹杂物去除情况进行了研究,得出了最佳关停水口方案,为中间包水口关停的选择提供了必要依据。研究结果表明,当中间包关掉任意一流浇注时,中间包内的死区体积均会略微上升;关闭第一流对于中间包内夹杂物的去除的影响最小,此时10、30、50、70、90 μm的夹杂物去除率分别由正常浇注时的12.4%、39.1%、74.2%、93.3%、95.6%变为14.7%、36.4%、76.4%、85.3%、93.8%。     

基于中间包冶金工艺优化对钢液温度场的研究

以首钢82B连铸凝固传热过程为研究对象,应用FLUENT数值模拟软件对首钢中间包结构优化,研究其对铸坯凝固传热和铸坯凝固质量的影响。研究表明：中间包结构的优化改造,通过减小纵向侧壁钢液液面高度处内壁宽度,适当减小中间包两端的体积,从而减小死区,优化中间包内钢液流动和温度场分布。有利于保持钢液流场的稳定,降低钢液对耐材的侵蚀和钢液中夹杂物的含量,夹杂物的控制保证了82B在拉拔过程中质量缺陷的发生。     

过滤控流中间包流场及夹杂物去除的数值模拟

以60 t板坯连铸中间包为研究对象,采用雷诺平均方程、组分输送以及离散相模型分别计算了高拉速下中间包内钢液流场特征演变以及夹杂物运动轨迹和去除率。结果表明,采用多孔过滤控流装置后,10 μm的小夹杂物去除率提升了10%以上。与45°倾角过滤器中间包相比,55°倾角过滤器中间包的夹杂物去除率增加约5.3%,其顶部孔为水平方向,减小了卷渣与钢液裸露的风险。通过RTD曲线获得多孔过滤控流中间包的钢液停留时间缩短了30~50 s、死区体积比增加0.03%,但夹杂物去除率明显提高。因此,采用停留时间、死区体积比等宏观流场特征参数评估中间包内夹杂物去除效率的方法已不适应过滤控流装置中间包的开发研究,宜采用速度云图、夹杂物运动轨迹等微观分析方法评估其冶金效果。     

中间包电磁感应加热技术研究及应用进展

中间包是炼钢流程从间歇操作转向连续操作的重要衔接点,对于促进钢液的分流、净化、减轻铸坯宏观偏析、提高等轴晶率以及铸坯质量有着十分重要的作用。随着对连铸坯质量和钢水洁净度要求的不断提高,新型中间包冶金技术层出不穷。这其中,中间包电磁感应加热因同时具备高效稳定的中间包温度和夹杂物去除功能,有利于实现钢水低过热度恒温浇铸,逐步在连铸生产中得到应用。此技术的应用、研究现状及未来发展趋势进行了详细探讨。     

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。