中间包气幕挡墙试验研究

通过RTD试验和工业试验,研究了中间包气幕挡墙对中间包流场和去除钢水夹杂物行为的影响。RTD试验表明:中间包气幕挡墙可以改善中间包流场,不同的试验参数对中间包流体特征值的改变程度不一样。工业试验结果表明:气幕挡墙可以去除中间包大型夹杂,尤其是尺寸小于300μm的夹杂物。     

气幕挡墙对中间包流场和夹杂物去除的影响

为了减轻高钛含量下钢水连铸过程夹杂物产生的不利影响,建立了中间包流场、夹杂物运动及去除模型,考虑了气泡对夹杂物的吸附,重点研究了气幕挡墙及其安装位置对流场和夹杂物的影响。结果表明,小粒径颗粒在钢水带动下跟随性好,且自身浮力小,在无吹气情况下,1～10μm粒径的夹杂物去除率较低。当吹气流量为5 L/min时,Al₂O₃和TiN夹杂物的去除率均明显提高,在粒径范围1～10μm内,Al₂O₃的去除率为21.7%～34.6%,TiN的去除率为22.7%～33.14%。当气幕挡墙位于湍流抑制器和上挡墙之间时,由于钢液形成的回流速度大,夹杂物和气泡碰撞的概率增加,进而被气泡捕获的概率增加,更有利于夹杂物的去除。本研究为高钛钢连铸过程夹杂物去除提供了理论指导。     

湍流控制器结构对中间包流场影响的数值模拟

根据某钢厂连铸中间包结构和操作工艺参数,建立中间包钢液流动的数学模型,用FLUENT软件进行模拟计算。数值模拟结果得出了不同结构的湍流控制器对中间包流场的影响,指出湍流控制器对中间包冲击区的流场影响较大,几种湍流控制器对中间包流场都有一定的改善作用。其中八边形有顶缘的湍流控制器更有利于降低湍动能,八边形侧壁设置斜向上的导流孔更有利于夹杂物碰撞。     

中间包气幕挡墙的夹杂物行为研究

介绍了中间包气幕挡墙的工作机理,分析了气幕挡墙对中间包内钢水流场和夹杂物的影响,气幕挡墙的位置和吹气量等对其冶金效果会产生显著的影响,认为设计合理的气幕挡墙可以改善中间包内钢水的流场,延长钢水停留时间利于夹杂物的上浮。另外,通过微气泡的吸附作用50μm以下的夹杂物去除概率明显增加。     

薄板坯连铸中间包吹氩行为的物理模拟

中间包吹氩是适应洁净钢冶炼的新技术、新方法。依据相似原理,在实验室建立了一定相似比的薄板坯连铸中间包物理模型。比较了传统堰坝组合,吹氩气幕挡墙分别代替堰、坝对中间包流体流动特征的影响,并尝试在中间包内采用双气幕挡墙的控流方式。结果表明,气幕挡墙分别代替堰、坝,中间包停留时间和死区体积与堰坝组合十分相近;双气幕挡墙代替堰坝组合,除死区体积较大外,停留时间接近堰坝组合。上述结论为气幕挡墙技术的进一步应用提供了参考依据。     

薄板坯连铸中间包流场数值模拟与优化

基于CFD仿真平台对中间包的流场进行了数值模拟研究和优化,湍流控制器是中间包流场的主要元件,设计、分析了痰盂型湍流控制器的内径、高度等参数与冲击区湍动能的关系;研究了痰盂型湍流控制器配合不同设置挡墙挡坝的中间包结构,得到了最佳的中间包结构。     

三流连铸中间包钢水流场的数学物理模拟

应用商业软件CFX及水力学模型,对三流连铸中间包钢水流场进行了模拟研究,分析比较了原型中间包和改造后中间包内钢水的流动状态。结果表明:数值模拟与水力学模型结果相符;原型中间包内存在明显的短路流,死区比例大,均超过了50%;通过改造中间包控流装置后,中间包内钢水流动状态得到了明显改善,死区体积比例大大降低,死区比例均控制在20%以内,最低的仅为9.41%。通过现场试验发现:中部水口出口与边部水口出口的钢水温差最大值由改造前的5℃减小到2℃;事故率明显降低,达到了预期的冶金效果。     

气幕挡墙及挡坝结构对中间包流场的影响

针对某钢厂中间包使用原挡坝时死区较大,流经挡坝钢液向上运动趋势不明显,流场不利于夹杂物上浮去除等问题,采用中间包水模型试验,对挡坝结构进行了优化,设置了气幕档墙.结果表明,提高挡坝高度,开向上角度通钢孔,并设置气幕挡墙,可有效消除浇注区及挡坝后死区,死区体积比降低46％;钢液向液面运动趋势增大,滞止时间提高23％,峰值时间提高16％.工业试验表明,中间包采用优化后的控流装置,夹杂物总量从14.4 mg/10 kg降为6.64 mg/10 kg,中间包钢液内大型夹杂物得到有效去除.     

不同结构湍流抑制器对中间包钢液流动的影响

通过建立1∶3的水力学模型,研究了不同结构湍流抑制器对中间包流体流动特性的影响。实验得出:湍流控制器的类型对注流区的液面波动有明显影响。8边形有孔无檐湍流抑制器造成了注流区2个直径120 mm渣眼,方形有檐湍流抑制器方案注流区无渣眼。几种湍流控制器对中间包流场有一定的改善作用,明显增加了中间包的最小停留时间,最大增加幅度为97%。平均停留时间和最小停留时间相差较小,增加幅度分别在4.2%～7.4%和21.3%～29.9%。     

中间包冶金技术发展趋势

中间包是钢水凝固之前的最后一个耐火材料容器,是由间歇操作转向连续操作的衔接点,也是连铸的起点,在连铸过程中起着缓冲、减压、分流、连浇、净化和保护钢液、改善凝固组织、促进钢液均匀性等作用。伴随着高品质钢对洁净度和质量要求的提升,中间包冶金的功能越来越重要,中间包冶金技术的发展正是围绕着不断拓展和完善中间包冶金功能展开的,其核心目标是完成对凝固前钢液的充分净化,实现连铸的恒温、低过热度浇注。综述总结了中间包冶金功能实现的技术途径和发展趋势。     

中间包钢水连续测温技术分析与应用

为了研究中间包钢水温度变化规律,提高中间包温度合格率,准确指导钢水精炼温度调整操作,依托太钢连铸中间包钢水连续测温系统,通过对比分析传统手动测温与连续测温的优劣,研究了不同工艺路线下典型钢种中间包钢水温度变化规律。结果表明,中间包钢水连续测温系统具有稳定性好、响应速度快等优点,测温准确率达92%;对碳钢而言,仅过LF工艺的Q235钢种炉均温降速率为0.17 ℃/min,过“LF+RH”工艺的Q345钢种炉均温降速率仅0.05 ℃/min;对过“AOD+LF”工艺的不锈钢而言,304和316镍不锈钢炉均温降速率均为0.15 ℃/min,430铬不锈钢温降速率为0.09 ℃/min。中间包钢水连续测温技术对稳定连铸生产和提升连铸坯质量具有重要意义。     

轴承钢中间包首炉大型夹杂物分析及控制

为实现轴承钢洁净度的快速分析,采用高频水浸超声探伤中间包不同炉次的大型夹杂物情况,发现中间包首炉大型夹杂物超标严重。通过定位解剖后的电镜分析,可知大型夹杂物主要成分为铝酸钙类夹杂物。结合某厂轴承钢生产实际,分析确定中间包首炉大型夹杂物的主要来源为钢液二次氧化产物粘附在水口内壁,促进钢水中原有的铝酸钙类夹杂物沉积,最终水口结瘤物脱落导致。通过控制中间包烘烤温度、减少中间包内钢液二次氧化、采用旋流四孔水口,有效提高了中间包首炉的洁净度,水浸超声探伤结果表明,中间包首炉洁净度值(缺陷总长度/测试体积)由之前的170.4降至12.0mm/dm^(3)。     

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。     

双流T-型中间包的流场模拟及其控流结构优化

以北方某钢厂双流T型中间包为原型,在保持原生产节奏的基础上,设计了两种控流装置优化方案1与优化方案2。优化方案1即为在中间包注流区加入了一个导流隔墙,在隔墙上开两个直径为120 mm,倾角向上15°的导流隔墙孔来控制钢液的流动;优化方案2为在优化方案1的基础上,在距离中间包中心线两侧1 500 mm的地方各加一个高度为300 mm的挡坝。采用数值模拟与冷态水模拟相结合的手段,对3种中间包结构的流场进行了模拟研究。研究结果表明：对于双流T型双流中间包,无控流装置时,原中间包结构内存在较多短路流,不利于夹杂物的去除。相对于优化方案1与原包结构,优化方案2的死区体积分数降低到了9.4%,钢液平均停留时间明显增长并且中间包浇注区温度明显提高且分布较为均匀。因此,优化方案2更加适用于此钢厂的中间包结构。     

控流装置对中间包钢水流场和洁净度的影响

为研究控流装置对中间包内钢水流场影响,采用水模型和工业验证相结合方法针对某钢厂板坯连铸中间包进行优化。通过对不同控流组合中间包的优化得出,湍流控制器+下挡墙组合最优;通过对下挡墙的位置和高度的优化得出,下挡墙高300mm、距长水口距离1900mm为最佳方案。优化中间包后,钢液在中间包内平均停留时间由304.1s增加至342.1s,死区比例由18.5%降至8.4%。工业试验表明,采用优化后中间包,IF钢铸坯平均氧质量分数降低了16.8%,平均氮质量分数降低12.5%,铸坯10μm以上夹杂占比由8.6%降至6.1%。     

Physical and mathematical simulation of liquid steel mixing zone in one strand continuous casting tundish

This paper presents the results of computer simulations and laboratory experiments carried out to describe the formation of the transient zone during continuous casting of slabs. The facility under investigation was a one strand tundish. Computer simulations of liquid steel flow were performed using the commercial program Ansys-Fluent. For the validation of the numerical model and verification of the hydrodynamic conditions occurring in the examined tundish furniture variants, obtained from the computer simulations, a water model of the tundish was employed. During laboratory tests simulating the process of steel flowing through the tundish, step type Residence Time Distribution curves were recorded. In order to obtain a complete hydrodynamic picture in the tundish furniture variants tested, the computer simulations were performed for both isothermal and non-isothermal conditions. In order to explain the phenomena occurring in the tundish working space, the Buoyancy number (Bu) has been calculated.     

ASP低液位换罐工艺实践

济钢第三炼钢厂中薄板连铸连轧生产线(ASP)通过对换罐方式的选择、钢水温度的优化、中间罐及浸入式水口烘烤的改进以及时间与操作的安排等措施,实现了低液位换罐技术,提高了铸机作业率.     

取样器对连铸中间罐钢水总氧含量的影响

本试验采用两种取样器对连铸生产纯净钢时中间罐钢水取样,测试其总氧含量(T[O])。结果表明取样器对中间罐钢水T[O]有很大影响。当内壁有FeO薄膜存在时,中间罐钢水的T[O]高达(98～140)×10~(-6),导致所取试样不能反映中间罐钢水实际的T[O]。用改进的取样器取样的T[O]为(38～53)×10~(-6),基本能代表中间罐钢水实际的T[O]。     

多流中间包流场模拟研究及优化

为了减少多流中间包的卷渣概率、提高对夹杂物的去除能力,采用物理模拟及数值模拟的方法对某钢厂六流中间包内部流场特性进行分析和优化。研究表明,导流孔仰角对中间包内流场及温度场有较大影响。改进后的挡墙使用25°仰角导流孔使各流最大温差由5.2 ℃降至2.4 ℃。较小的导流孔仰角对夹杂物去除有利,25°的仰角各流均匀性较好。提高挡坝高度亦有利于夹杂物上浮,推荐的挡坝高度为650 mm。另外建议现场浇注高度保持在100 mm以上以消除卷渣现象的不利影响。     

连铸中间罐内钢水的混合状态

通过连铸过程中钢液过渡状态成分的数学公式,分析了钢液成分变化的规律,同时计算出某台铸机钢液混合参数.分析了连铸中间罐试样的代表性和准确性,提出控制质量稳定性的建议.