马钢圆坯结晶器水口改型流场和温度场的数值模拟

生产实践表明,直通式水口对钢水夹杂物上浮、结晶器液面钢水温度补偿,铸坯初生坯壳的形成等有一定的负面影响。利用CFX5．7．1数值模拟软件研究了采用原直通型水口和侧开孔型水口时结晶器内流场和温度场的分布情况,分析了不同流场和温度场对钢水夹杂物上浮、结晶器液面钢水温度补偿、结晶器液面波动以及对结晶器内初生坯壳的影响。结果表明,采用侧开孔型水口时结晶器内流场和温度场分布更为合理,直通型水口改为侧开孔水口可行。     

圆坯结晶器铜管温度场模拟

为了延长结晶器的使用寿命,必须了解铜管的温度场分布,故建立了圆坯结晶器铜管温度场的二维稳态柱坐标数学模型,并用该模型模拟了包头钢铁公司Х３５０ｍｍ大圆坯连铸机结晶器铜管的温度场。得出的计算结果与实测结果相符,证明该结晶器铜管的设计合理。     

圆坯结晶器铜管温度场模拟

为了延长结晶器的使用寿命 ,必须了解铜管的温度场分布 ,故建立了圆坯结晶器铜管温度场的二维稳态柱坐标数学模型 ,并用该模型模拟了包头钢铁公司35 0 m m大圆坯连铸机结晶器铜管的温度场。得出的计算结果与实测结果相符 ,证明该结晶器铜管的设计合理     

圆坯连铸结晶器温度场模拟与坯壳厚度预测

基于连铸圆坯结晶器温度与热流实测数据,建立了连铸圆坯凝固的三维传热模型,计算出结晶器和铸坯的温度场,并得到铸坯的固相率与坯壳厚度分布情况.温度计算结果与实测数据符合较好,表明此数学模型能够较为准确地反映实际情况.讨论了拉速、浇注温度等因素对坯壳厚度的影响,并对利用模型计算与经验公式计算得到的坯壳厚度进行了对比.     

浸入式水口结构对大方坯结晶器流场和温度场影响的数学模拟

利用Fluent软件针对南钢大方坯结晶器建立了三维有限差分模型,计算了连铸结晶器内的流场和温度场,分析了浸入式水口倾角和水口出口面积对结晶器内流场和温度场的影响。当浸入式水口倾角为10°时,大方坯结晶器流场和温度场分布较为合适;水口出口面高度为（18＋2×18）mm时,浸入式水口出口面积较合适。     

水口类型对矩形坯结晶器流场影响的数值模拟

利用数值模拟技术,以河钢邯钢一炼钢厂生产的380 mm×280 mm矩形坯为对象,研究了两侧孔式和直通式两种水口对矩形坯结晶器内钢液流场以及相应的钢液液面波动的影响。研究结果表明:直通式水口对钢液的冲击深度较大,不利于夹杂物的上浮,钢液液面波动较小,会降低卷渣现象的发生几率,但不利于保护渣的熔化;而两侧孔式水口对钢液的冲击深度较小,钢液形成上下2个回流,有利于夹杂物的上浮以及保护渣的熔化,但钢液液面波动严重,同时下回流钢液呈水平螺旋式流动,对铸坯边、角部位置冲刷严重,易于造成铸坯表面裂纹缺陷的发生。     

圆坯结晶器应用电磁搅拌的物理模拟

 以某钢厂 500mm圆坯连铸结晶器为原型,建立了1∶1的物理模型,通过机械搅拌模拟结晶器电磁搅拌,分析研究了电磁搅拌对结晶器内钢液的流动、夹杂物去除率的影响。试验研究表明：电磁搅拌使结晶器内的钢液有一定的水平切向速度,使搅拌区钢水温度的分布更加均匀,有利于结晶器内保护渣的均匀熔化。电磁搅拌能够把水口冲击的轴向速度变为径向速度,从而大大降低流股的冲击深度,能有效地促进夹杂物的上浮和热区中心的上移。但并不是搅拌强度越大,夹杂物的去除率就越高,试验表明,在相同时间内,当搅拌强度为48r/min左右时,夹杂物的上浮率最高。     

R9 m连铸机小方坯结晶器流场和温度场的数值模拟

采用ANSYS CFX 12.1软件,对结晶器浸入式水口的尺寸和浸入深度进行建模,研究了相应的流场和温度场分布情况,分析了不同条件下的结晶器内流场、液面波动、温度分布及坯壳厚度.结果表明,在较小尺寸和浸入深度的水口作用下,钢液对外弧壁面的冲刷作用明显,易降低结晶器寿命.随着水口内径和浸入深度的增大,钢液面扰动减弱,易于防止卷渣.试验条件下,采用30 mm内径水口、100 mm浸入深度较为合理.     

水口类型对大方坯连铸结晶器内流场和温度场的影响

利用Fluent流体力学软件对直通式、侧二孔式、侧四孔式浸入水口对大方坯连铸结晶器内钢水流场和温度场进行了数值模拟.结果表明,从流场来看,直通式冲击深度最大,侧二孔式次之,侧四孔式最小,侧四孔式水口在结晶器内钢水能形成上、下两个回流,其下回流涡心较直通式水口从590 mm上移至270 mm,有利于夹杂物的上浮.从温度场来看,侧二孔式和侧四孔式较直通式水口使结晶器内热中心明显上移,且其弯月面钢水温度比直通式分别提高了6 K和4 K,有利于保护渣的熔化.     

大方坯连铸结晶器浸入式水口结构优化

通过物理模拟实验,测定所设计的系列水口在不同工况条件下,结晶器内液面波动、冲击压力及保护渣覆盖情况,经优化后,找出较佳水口;再应用流场计算软件FLUENT及水力模型,对所选水口进行结晶器内钢液的流场和温度场特性分析,优选出适合大方坯连铸工艺的浸入式水口结构形式,并在生产中得到了验证.     

Effect of Nozzle Angle on Flow Field and Temperature Distribution in a Billet Mould when using Swirl Flow

Recently, interesting effects have been noted in studies of swirl flow, particularly regarding billet moulds when considering a specific divergent angle of the immersion nozzle. Therefore, in the present work a numerical analysis and water model study of the mould region of a continuous casting apparatus are performed with changing the outlet divergent angles of the immersion nozzle using swirling flow in the pouring tube, to control the heat and mass transfer in the continuous casting mould. To make our studies consistent with the previous research, which was done based on a square billet, this time we investigate round billets. The results show that the distance from the meniscus of the centres of both the lower and upper circulation loops decreases systematically with increasing the divergent angle. This, in turn, leads to: (i) a more active heat and mass transport near the meniscus (particularly over 100°); (ii) a gradual change from a concentric circulation to a more clearly logarithmic spiral from the mould wall to the nozzle on the meniscus, which leads to more active heat and mass transfer; (iii) a decreased penetration depth of nozzle outlet flow (even at a comparatively small divergent angle such as 20°) and a superheat dissipation in the melt.     

八钢板坯连铸中包浸入式水口结构的优化

总结了板坯连铸结晶器浸入式水口对结晶器流场的影响,通过数学模拟及现场大量试验。选定了适合八钢板坯连铸现场条件的浸入式水口,解决了结晶器角部扰动的问题,提高了板坯质量。     

特大圆坯连铸用新型浸入式水口的设计与研究

 针对特大截面圆坯连续浇铸的特点,基于依靠浸入式水口自身结构减小钢流冲击深度,同时保证流动与传热沿周向分布均匀的思想,首次提出了新型浸入式伞形水口设计方案,并建立了结晶器内钢水的流-热-固耦合模型,对钢水的流动、传热和凝固行为进行了数值耦合模拟分析,验证了此水口的优越性与合理性：伞形水口的射流在结晶器内形成上下两个回流区,不仅有利于夹杂物、气体等的上浮分离,还能有效降低钢流冲击深度,使过热钢液均匀分布在结晶器上部,可提高弯月面温度和化渣效果;沿周向凝壳生长均匀,减轻了纵裂纹的萌生概率;在0.35m/min拉速下,出结晶器凝壳厚度达到31.2mm,满足安全生产要求。     

大圆坯连铸用新型旋流水口的数值模拟

通过调整多侧孔水口侧孔射流方向来实现结晶器内钢流的旋转,并设计了一种易于加工、使用寿命长的多侧孔新型旋流水口。建立了圆坯结晶器内三维流动、传热数学模型,计算分析了直筒形水口和新型旋流水口条件下结晶器内的流场和温度场。结果表明：通过调整多孔水口侧孔射流方向可以实现结晶器内钢流的旋转,新型旋流水口能显著降低钢水的冲击深度,促进夹杂物上浮,使热中心上移,提高弯月面的温度。     

SEN底部形状对结晶器内钢液流场和温度场的影响

针对某钢厂板坯连铸结晶器及浸入式水口(SEN)的结构参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,应用FLUENT软件对结晶器内钢液的流场和温度场进行耦合计算,分析SEN底部形状对结晶器内流场和温度场的影响,并利用水模试验对钢液的流动行为进行了验证。结果表明:凸底水口出口附近钢液的速度较大,流股的冲击深度较大,使结晶器内高温区下移,不利于凝固坯壳的生长;平底水口自由面速度较大、温度较高,有利于保护渣的熔化,但易产生液面裸露现象;凹底自由面速度较小、温度较低,有利于液面稳定。     

车轮钢圆坯表面温度和坯壳厚度的数值分析

采用分段线性的结晶器和二冷拉矫段热流密度表示方法,对车轮钢圆坯的宏观凝固过程进行了流场、温度场和凝固的耦合数学模拟.计算结果与实测数据吻合,表明数学模型可靠准确地反映了实际情况.由于拉速变化引起计算空间内质量流量的变化,圆坯的表面温度和坯壳厚度受拉速强烈影响.二冷拉矫段热流密度的变化反映了散热方式随温度变化进行的自我调节.保温段对圆坯表面温度回升有明显影响,并将凝固终点推后大约1 m.     

圆坯连铸用保护渣热状态的数值计算及其可视化

根据传热学原理,采用有限差分法对圆坯连铸弯月面上保护渣的热状态进行了数值计算.计算结果较好地预测了弯月面上液渣与固态渣层的温度及厚度分布,并以此研究了保护渣的物理性能和相关的工艺参数对保护渣各层厚度的影响.为准确计算结晶器与铸坯间渣膜的厚度,在计算温度场的同时通过引入修正的经验公式,对渣膜厚度进行初步计算,并将其对径向热流的影响反作用于温度场,反复迭代,最终得到与实测温度数据和文献提供的渣膜厚度数据一致的计算结果,证明此方法简易可行.最后实现了铸坯/结晶器及渣层热状态的可视化.     

利用中间圆孔型轧制方坯工艺研究

主要研究圆孔型作为中间孔轧制方坯时的工艺变形特点,通过圆坯在菱形孔以及菱形轧件在后续方孔中变形规律的仿真分析,并对比方坯在菱形孔的变形特征,认为通过合适的轧制压下分配,利用圆孔作为中间孔轧制方坯在工艺上完全可行,完全可以轧制出满足尺寸要求的方坯成品。这种工艺配置不仅可以有效提高多坯型轧制时的孔型共用性,减少轧辊待机量,而且与常规菱方孔型轧制方坯的工艺相比,新工艺在改善成品角部质量,减少轧辊应力集中,减少轧件鱼尾变形量等方面具有明显的效果。