宽板坯连铸结晶器浸入式水口结构优化的研究

针对宽板坯连铸生产现状,采用商业软件PHOENICS对其建立三维数值模型,模拟宽板坯连铸结晶内钢液的流场分布.研究了不同水口倾角、插入深度及拉速等参数条件对结晶器内流场的影响,得出了适用于宽规格结晶器合理的浸入式水口.这为优化宽板坯结晶器内钢液的流场及浸入式水口结构及确定合理的工艺参数提供了科学依据.     

浸入式水口对超宽板坯结晶器内流场影响

针对超宽板坯连铸生产情况,进行了超宽板坯连铸结晶内钢液的流场分布模拟分析,研究了不同水口倾角、侧孔开口面积、插入深度及拉速等参数条件对结晶器内流场的影响。     

连铸浸入式水口结构优化的水模型试验

以济钢板坯连铸结晶器为原型,采用几何相似比为1∶1,弗鲁德准数与原型相等的水模型进行试验,研究了不同拉速条件下,不同浸入式水口的侧孔倾角和出口尺寸对板坯结晶器内流场和液面波动行为的影响。结果表明:拉速一定的条件下,随着水口侧孔倾角和出口尺寸增大,液面波动减小,上、下涡心位置离结晶器窄面越近且冲击深度增加。综合考虑,选用侧孔倾角为5°、出口尺寸为100mm×65mm×R32.5mm的水口。     

连铸板坯结晶器浸入式水口试验研究

结合某厂两种断面的结晶器内腔尺寸,采用１：０．６水模型研究方法,系统地研究了浸入式水口结构参数,吹气量、拉速等工艺操作参数同结晶器液面波动、流股对结晶器窄面的冲击力及涡心高度之间的关系,得出了适用于两种断面的合理的凹型浸入式水口,并利用水模拟实验和工厂试验进行了对比研究,结果表明,应用凹型浸入水口取得了良好的效果。     

宽板坯结晶器浸入式水口结构优化的数值模拟

以某钢厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用商业软件PHOENICS建立一个三维有限差分模型,模拟宽板坯连铸结晶器内钢液的流动分布.通过分析水口底型、倾角、插入深度等工艺参数对钢液面波动、流股对结晶器窄面的冲击力及涡心高度的影响,得出适用于宽规格结晶器的合理的浸入式水口.通过研究,为优化宽板坯结晶器内钢液的流场及浸入式水口的设计提供了科学依据.     

薄板坯连铸结晶器内浸入式水口优化模拟研究

根据国内某钢厂薄板坯连铸机条件（断面1600mm^2×70mm^2;拉速3．0m／min-6．0m／min）,采用物理模拟和数值模拟的方法对所设计的水口进行实验,对实验所测的液面波动、冲击压力、冲击深度和保护渣覆盖结果进行分析,得出水口参数的影响规律及实验优化结果：认为5号方案的实验效果最为理想。     

水口浸入深度对H型坯连铸结晶器内钢液流动特性的影响

以H型坯连铸结晶器为研究对象,采用FLUENT软件建立三维几何模型,模拟研究了水口浸入深度对结晶器内钢液流动特性的影响,结果表明,随着水口浸入深度的增加钢液流股冲击深度明显增大,涡心深度有变深趋势,结晶器自由液面波动减小,钢水对结晶器内凝固坯壳的冲刷有增大趋势,各粒径夹杂物去除率显著降低。该模拟条件下20μm~100μm夹杂物上浮去除率约在4%~10%之间。     

板坯连铸结晶器浸入式水口工艺参数的模拟正交试验

利用流场计算机软件PHOENICS 3.4建立的三维有限差分模型模拟邯钢 16 2 4mm× 2 2 8mm板坯连铸结晶器内钢液的流场和温度场 ,并采用正交试验方法对影响钢液流动的主要因素 :水口浸入深度、倾角、水口内径和侧孔截面积进行研究和分析。结果表明 ,水口浸入深度和倾角对冲击点温度指标和液面卷渣指标影响显著。该板坯连铸结晶器浸入式水口最佳工艺参数为 :浸入深度 12 0mm ,倾角 15° ,内径 6 3 75mm ,侧孔截面积 6 0mm× 6 5mm。     

高拉速板坯连铸结晶器浸入式水口的水模型研究

利用染料示踪法,采用波高传感器和旋桨式流速仪在全比例水模型中研究了四种浸入式水口(A型:凹型,15°(上角度)-15°(下角度);B型:凸型,15°-15°;C型:凹型,40°-15°,D型:凸型,40°-15°)下板坯连铸结晶器内的流场和液面特征.发现采用凹型水口时结晶器液面的波动与表面流速均小于凸型水口.凹型水口F的表面流速变化的功率(频率为0.03~0.1Hz)比凸型水口小约50%,所以凹型水口更有利于减少结晶器内卷渣的发生.在高拉速条件下(拉速为1.8m·min^-1,较大的水口出口上角度有利于抑制水口出口流股的漩涡流,进而减少剪切卷渣的发生.四种水口中C型水口条件下结晶器液面的表面流速最小,约为0.27m·s^-1,为提高拉速留有较大余地,所以适合高拉速连铸的最佳浸入式水口为C型.     

结晶器保护渣对浸入式水口蚀损的影响

为了阐明浸入式水口在保护渣线周围使用的ＺｒＯ２－石墨质耐火材料的蚀损机理，进行了多种保护渣在感应电炉内的侵蚀试验，结果表明，随着保护渣粘度的降低或「Ｆ－」含量的增高，ＺｒＯ２－石墨质耐火材料蚀损严重，ＺｒＯ２－石墨质耐火材料的 倾向可以用构成保护渣化学发的阴－阳离子引力Ｉ计算的碱度值Ｂｉ解释，通过对试验后试样显微结构的观察，发现保护渣中低粘性组分侵入砖组织，使ＺｒＯ２颗粒细碎化，促进ＺｒＯ２－石墨     

Effect of electromagnetic stirring on flow field in mold under submerged entry nozzle clogging

A physical model with mercury as analog was developed to investigate the influences of electromagnetic stirring( EMS) on flow field in slab continuous casting when the submerged entry nozzle( SEN) was clogged with different clogging rates( 0,10%,25%,and 50%). The flow field in mold under different EMS currents( 0,40 A,and 60 A) was measured by an ultrasonic Doppler velocimeter. The results proved that the flow field in the mold was a typical double roll structure under non-clogging SEN. As the SEN clogging rate increased,the flow field structure was transformed from a double roll to asymmetry flow. When the clogging rate reached 50%,the up circulation disappeared on the clogged side. The zone under the meniscus near the narrow face was a non-flowing area. EMS could correct bias flowcaused by SEN clogging and improve the symmetry of the flow field during SEN clogging.     

结晶器内钢液流动特性的优化

以大板坯连铸结晶器为研究对象,采用水模型和数值模拟的方法研究了不同水口出口角度对结晶器内钢液流动的影响.结果表明:现行15°水口在距结晶器边部50 mm的位置,表面流速和波高较小,传递给弯月面的热量较少,不利于保护渣的熔化;射流撞击到结晶器窄边的位置较深,压力较大,对撞击点下部坯壳的冲击力也较大;水口出口角度改为10°后,结晶器漏钢预报系统的报警次数大大减少,杜绝了漏钢的事故.     

浸入式水口对结晶器钢水流动与液面波动的影响

以国内某钢厂220 mm×1800 mm板坯连铸结晶器为原型,根据相似性原理建立相似比为0.6的水模型,利用粒子图像测速技术(PIV)对比不同浸入式水口(SEN)的出口角度、浸入深度及水口底部结构条件下的结晶器内流场流速特征,同时使用波高仪对液面波动振幅进行实时监测,并结合F数分析各SEN条件对结晶器内钢液流动特征.研究发现,在各浸入式水口条件下,位于结晶器液面1/4宽面处附近出现矢量流速向下的剪切流,同时在水口附近发现不规则漩涡.试验结果表明:浸入式水口的出口角度、浸入深度的增加能够强化上回旋区缓冲作用,降低结晶器液面表面流速;尽管凹底结构SEN能减弱钢液湍动能,但其对1/4宽面处剪切流速度的影响不大.另外,液面波动幅度和F数变化规律一致,且当浸入式水口出口角度15°、20°,浸入深度135 mm、145 mm条件下波幅与F数最为合理,从而减小或避免液面卷渣,提高连铸坯质量.     

板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟

基于流体力学基本原理,采用Fluent软件建立板坯连铸结晶器及浸入式水口的三维有限元体积模型,模拟研究了水口不对中和水口单孔结瘤条件下结晶器内流体的流动特征和温度场分布状况.结果表明:水口对中不良时,结晶器两侧回流明显不对称,液面会产生旋涡,水口偏向侧温度高于水口偏离侧;水口出口单孔结瘤时,未结瘤侧流股增强,液面流速增大,并且液面有涡流产生,结瘤侧新鲜钢液减少,温度偏低.     

板坯连铸结晶器钢液行为的水模拟试验

以某钢厂250mm×2 100mm断面板坯连铸结晶器为研究对象,采用水力模拟的方法研究了拉速在0.88m/min条件下不同水口结构参数对钢液行为的影响。研究表明:1号水口(原方案)在浸入深度为57mm时,液面波峰谷差值达到3.67mm,卷渣严重,冲击深度为205mm;优化设计的5号水口在浸入深度为57mm时,液面波峰谷差值减小为2.74mm,卷渣现象基本消失,冲击深度为177mm。确定5号水口为最优水口结构参数,浸入深度以57~67mm为宜。     

凝固坯壳对高拉速板坯连铸结晶器钢水流动特征的影响

 采用全比例的水力学模型,利用刺激-响应法、波高传感器、流速仪研究了考虑凝固坯壳时高拉速板坯连铸结晶器内的钢水流动、液面特征与卷渣特征。结果表明：考虑凝固坯壳后钢液到达液面的时间缩短;在高拉速条件下(2.4 m/min), 有坯壳时结晶器液面最大平均波高与表面流速比没有坯壳时分别大31 % 和17.5 %,使卷渣更容易发生。其主要原因在于考虑坯壳后结晶器下部钢液的自由流动空间变小,下回流的钢液流动受到抑制,上回流的能量变大。所以在高拉速结晶器水模拟试验过程中,有必要考虑凝固坯壳的影响。     

承钢板坯连铸机结晶器工艺参数优化的水模型研究

实验采用水模型法研究了承钢板坯连铸机结晶器工艺参数与流场的关系，探讨了结晶器宽度、拉速、水口侵入深度、水口侧中孔面积比对流场状况的影响趋势，并对工艺参数进行了优化。     

浸入式水口吸入空气机理及吹氩量控制模型

 连铸过程浸入式水口本身及其与上水口连接处容易吸入空气,导致钢水二次氧化,随之可能造成水口结瘤及断浇,导致严重的连铸事故。通过向水口内部吹入氩气可以防止空气吸入,吹氩量控制不当容易引起铸坯缺陷。基于伯努利原理和质量守恒定律建立了从中间包到结晶器的速度-质量模型,探讨了以上部件吸入空气的机理。首先研究了理想与考虑压损2种情况下水口直径、水口浸入深度、中间包液位、铸坯宽度和拉坯速度对水口入口的钢液横截面积与出口的钢液横截面积之比(A_A/A_P)的影响,然后对水口结构进行了优化,并建立了吹氩量控制模型。结果表明,为防止水口吸入空气,应尽量减小水口直径、降低中间包液位和水口浸入深度的高度差、增大拉坯速度和铸坯断面宽度。其中水口直径提高10%,A_A/A_P从2.15增大至2.62;铸坯宽度和拉坯速度对A_A/A_P影响略低于水口直径,同样提高10%,A_A/A_P均从2.15降低至1.96;中间包液位和浸入深度对A_A/A_P影响最小。基于此研究结果,水口结构优化为符合钢液流束的圆台形,并结合水口内真空区体积确定了吹氩量控制模型,使得水口内始终保持微正压。本研究结果为减小甚至消除水口的空气吸入、控制氩气吹入量提供了理论基础,对高品质钢的生产及节能降耗具有重要意义。     

Numerical simulation of fluid flows in a slab continuous casting mold under electromagnetic stirring

This study established a three-dimensional mathematical model to determine the fluid flowin a slab continuous casting mold under an electromagnetic stirring force. The flowstructure and distribution were studied with respect to different continuous casting parameters and stirring current. Based on the calculation results,the mold flux entrapment index in free surface and velocity uniformity index were used to evaluate the flowfield in the mold. The theoretical basis for the optimization of the flow field structure was provided. The study also suggested an optimization method for electromagnetic stirring parameters.