160 mm×160 mm小方坯连铸结晶器内流场数值模拟

采用Fluent软件对断面为160 mm×160 mm小方坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以结晶器表面流速以及结晶器内钢液的流场状态为主要参考目标,模拟研究了160 mm×160 mm小方坯结晶器在不同拉速条件下相适应的水口浸入深度,并对数值模拟结果相应地进行了水模拟验证。结果表明,当小方坯结晶器的拉速为1.7 ～1.9 m/min、浸入深度为80～100 mm时,结晶器内流场较为适宜,不会因液面波动剧烈而造成卷渣等问题。研究结果为小方坯连铸结晶器制定合理的浇注工艺提供了理论指导。     

柳钢板坯连铸结晶器流场优化

结合柳钢炼钢厂3号板坯连铸机的工艺参数,采用水力学模型物理模拟,通过测量结晶器液面波高和注流冲击深度,研究了浸入式水口侧孔形状、侧孔倾角、插入深度和拉速对结晶器流场的影响规律;采用数值模拟,分析了优化后结晶器的流场特征及钢液面的运动速度.结果表明:水口侧孔形状为椭圆形,侧孔倾角为18°,插入深度为160 mm时,在中高拉速下都能获得合理的结晶器流场.应用生产后,铸机年平均漏钢次数下降了43.1 %,铸坯表面清理率下降了44.9 %,冶金效果明显.     

C72DA钢生产过程中结晶器卷渣的原因分析与对策

结晶器卷渣引起高纯净度的C72DA钢在拉拔过程中出现断丝现象,通过对结晶器流场的研究,认为结晶器卷渣主要在结晶器壁附近,是由于表面钢水的波动严重、钢水偏流、或保护渣熔化不良引起的。通过优化浸入式水口的结构参数、拉坯速度和保护渣的粘度,合理控制结晶器液面波动,使钢帘线因夹杂物高改判或判废的比率由7.9%降至0.49%。     

水口位置对小方坯结晶器内流场和凝固的影响

由于弧形连铸水口对中时结晶器内外弧流场失去对称特性,以及连铸现场生产时存在内外弧温度不均现象,严重影响连铸坯凝固质量,因此研究水口位置对改善流场分布显得尤为重要。建立了钢液在弧形结晶器中电磁、流动、传热和凝固耦合的数学模型,研究了SEN偏移方向及偏移量对钢液流动的影响,并引入对称指数I_s评价凝固坯壳的的均匀性。研究发现,水口向内弧偏移增大了流场差异性,并产生偏流现象,且电磁搅拌的应用会加剧此现象。当SEN向外弧偏移时,无论是否施加电磁搅拌,各平面I_s指数均先增加后降低,能一定程度上改善结晶器内流场分布,使其趋于对称,有利于提高铸坯质量。M-EMS开启时,随水口向外弧偏移量的增加,涡流中心逐渐移至电磁搅拌中心面的中心。且钢液流动并非以内外弧呈对称形态,而是存在一定的偏转角,使得所有案例的内外弧温差均有所增大,但对于M-Case 6,温差增幅仅为1.666℃。当SEN向外弧偏移6.5 mm时,I_s指数及凝固坯壳均匀性最高,内外弧速度几乎重合,内外弧温差最小,钢液流场分布最佳,流场、温度场及凝固坯壳均得到了显著改善。通过调整水...     

中间包喂稀土消除连铸坯内弧侧卷渣缺陷原因研究

通过硫印试验、金相观察及冲击试验,比较了未喂稀土、结晶器喂稀土及中间包加稀土连铸坯内弧侧四分之一处夹杂物形态及分布及连铸坯横断面上的冲击韧性,发现结晶器喂稀土的连铸坯内弧侧卷渣缺陷形态及分布与未喂稀土的相近,冲击韧性变化也相同,而中间包加稀土基本消除了内弧侧四分之一处的卷渣缺陷,冲击韧性明显提高;并分析了中间包加稀土消除内弧侧卷渣原因.     

矩形坯结晶器自由液面模拟及水口结构优化

以某公司矩形坯连铸机结晶器为研究对象,利用数值模拟和物理模拟相结合的方法,对结晶器内自由液面流动和流场进行系统分析,分别研究不同出口面积比、不同浸入深度、不同水口倾角等条件下结晶器内钢液流动状态,并对相应的工艺参数进行优化。结果表明,对于断面为150 mm×440 mm的矩形坯,最优的结晶器浸入式水口出口面积比为2.42,内径30 mm,侧开孔角度25°。     

插钉法研究板坯连铸结晶器液面特征

 采用可以同时获取板坯连铸结晶器内弧侧、厚度方向中心面和外弧侧液面信息的插钉板,通过在结晶器内连续插取,研究了板坯连铸结晶器液面特征。得到了结晶器内不同时刻、不同位置处液面高度;发现了连铸生产过程中内、外弧侧液位有差异,提出了对称流不仅只是以水口为中心结晶器左右两侧流场的对称,还应包括以结晶器厚度方向中心面为中心,内弧侧与外弧侧流场的对称;预测了该工况下结晶器内液面波动较大以及卷渣发生频率较高的位置为水口附近和窄面与宽度方向1/4之间液面流速较大的部位;验证了插钉试验不仅可以获得连铸结晶器内的液面流速,还可通过多次插钉试验研究液面波动特征,在传统的物理模拟和数值模拟方法之外提出了一种直接、接触式测量连铸结晶器液面轮廓进而研究液面波动的方法。     

天钢板坯结晶器流场物理模拟及连铸工艺优化

为研究结晶器内钢液流场,通过对工艺参数的优化,进一步提高铸坯质量,以天津钢铁集团有限公司4#-VAI板坯连铸结晶器为原型进行水模试验,通过调节拉速、水口浸入深度,研究了结晶器内流场形态、液面波动、流场冲击深度和保护渣形貌等的变化情况。模拟试验表明,在现有参数和水口尺寸情况下,结晶器流场合理、液面渣层平稳、坯壳厚度均匀,能够满足铸坯质量要求。     

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.     

板坯连铸结晶器内非对称流动对渣钢界面的影响

结晶器渣 钢界面的控制是板坯连铸操作中的重要环节。为研究渣 钢界面的流体动力学行为,建立了“空气 保护渣 钢液”三相流模型,运用雷诺应力模型和非均相混合模型对结晶器三相流场进行模拟研究,采用等体积分数法确定渣 钢界面的形状及位置。浸入式水口对中不良时会导致结晶器内产生非对称流场,研究发现该流场的渣 钢界面波动比相同操作参数下对称流场的界面波动要剧烈得多,且非对称流场的渣 钢界面会有偏流甚至旋涡出现,对结晶器操作危害很大。     

板坯连铸浸入式水口控流的物理和数值模拟

浸入式水口结构从根本上决定了结晶器内的钢液流动形式，采用物理模拟和数值模拟方法研究了水口结构及铸坯断面尺寸对板坯结晶器流动行为的影响。通过解析速度云图、表面流速、液面波动、冲击深度及保护渣覆盖情况等特征参数，对结晶器内钢液流动行为进行多角度定量表征。结果表明，水口侧孔倾角向上对1 600 mm×220 mm断面结晶器流场液面扰动较大，其倾角向下15°时射流冲击深度较大，倾角向下8°时最为适宜。水口底部形状会影响钢液的湍动能耗散及流场对称性，对比后得出凹底水口为最佳水口形状。侧孔形状对表面流速影响较小，但对自由液面波动有显著影响，可能导致钢液裸露；当水口侧孔面积一致时，矩形侧孔水口条件下的结晶器液面裸露面积小于跑道形侧孔和方形侧孔情况。而在浇注不同断面尺寸时，仅通过改变水口结构和使用工艺难以获得合理的结晶器流场，还需要借助其他控制流动的手段来推动未来板坯多元化生产的发展。本研究可为改善板坯质量提供理论与工艺指导。     

304不锈钢板坯连铸结晶器水口结构优化的数值模拟

通过数值模拟研究了304不锈钢200mm×1 550 mm板坯结晶器内用原水口时的钢液流场及钢-渣界面的特征。结果表明,原水口的结晶器流场的上回流过强,钢-渣界面的不稳定,结晶器窄边渣液层薄,易发生卷渣和钢液裸露;最优化水口结构为将原水口V型底部改成凹型、增加水口出口形状的锥度、向上倾角10°。     

浸入式水口结构对409 L钢连铸坯表面“卷渣”的影响

基于太钢409 L钢连铸生产工艺及板坯连铸机工艺参数,采用水模型实验和工业试验相结合方式研究了浸入式水口结构对结晶器内钢水流动行为及其对连铸坯[200 mm×(1 060～1 240 mm)]表面"卷渣"的影响。结果表明:使用原浸入式水口(侧孔48 mm×70 mm,和上倾15°)结晶器内钢液流场不稳定,对应连铸坯表面存在严重"卷渣"缺陷;在不改变水口结构条件下,上倾5°和上倾10°水口均无法解决连铸坯表面"卷渣";32 mm×52 mm小侧孔水口能有效解决小断面[200 mm×(900～1100 mm)]或低拉速(0.7～0.9 m/min)时409 L钢表面"卷渣";Φ60 mm内径水口对应结晶器中心平均波高在3.5～4.5mm,连铸坯表面"卷渣"缺陷由原来的36.5%降低至0.8%,该型水口不仅能适用现有断面[200 mm×(900～1320 mm)]及拉速(0.7～1.1 m/min)要求,还能提升连铸坯实物质量。     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以150 mm×(1 600～3 250) mm宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了一个三维有限体积模型,采用多相流的VOF模型对结晶器内保护渣-钢液界面波动进行数值模拟,重点研究了拉速、水口倾角、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度、拉速的增加,液面波动明显增大;采用较大的水口倾角,可以抑制液面波动,减少卷渣.     

异型坯连铸双浸入式水口浇铸技术模拟研究及工业实践

通过数学物理模拟以及工业应用实践,研究了异型坯结晶器内单、双浸入式水口浇铸时流场特征及实际冶金效果,优化了双浸入式水口的设计参数。模拟研究结果表明,双浸入式水口浇铸有利于异型坯结晶器内流场的均匀性和对称性,避免了单水口浇铸时局部区域流体流动强烈现象,改善结晶器液面的稳定性和波动均匀性;双浸入式水口最优设计参数为底孔直径23 mm、腹向侧孔直径14 mm、翼向侧孔直径10 mm、侧孔倾角6°。工业实践表明,异型坯连铸双浸入式水口浇铸技术使结晶器内流场分布更合理,液渣层分布更均匀,结晶器粘结漏钢发生率下降32.8%,废品率降低20%,平均连浇炉数增加近3倍,提高了连铸生产效率。     

200mm×200mm方坯连铸用新型浸入式水口的数值模拟

为了减轻水口侧孔射流对凝固坯壳的冲刷,便于侧孔水口在较小断面的方坯连铸上使用,提出扇形侧孔的水口设计理念。利用结晶器内钢水流动、传热的三维数学模型,分析比较了直筒形水口、矩形侧孔水口和扇形侧孔水口条件下200 mm×200 mm的方坯结晶器内的流场及温度场特征。研究结果表明,侧孔水口能降低射流冲击深度,促进夹杂物上浮,并提高弯月面温度和活跃程度,有利于化渣;扇形侧孔射流较分散,对凝固坯壳的冲刷作用显著减弱。     

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.     

电磁搅拌对大圆坯结晶器冶金行为影响的探讨

 为了探究结晶器电磁搅拌(M EMS)对大圆坯结晶器内综合冶金行为的影响。以大断面圆坯连铸结晶器冶金行为为研究对象,基于电磁热流体与凝固传输理论建立三维耦合数值模型。揭示大圆坯连铸常用五孔水口浇注条件下结晶器内电磁场、流场、传热与凝固等综合冶金行为,提出电磁搅拌对结晶器冶金性能影响的多参量评价方法。以中碳铬钼齿轮钢650 mm大圆坯连铸为例,指出结晶器电磁搅拌存在最佳搅拌电流,可获得相对较好的综合冶金效果。具体表现为弯月面保持一定的切向速度和过热度,有利于保护渣的熔化和夹杂物的上浮去除;液面波动幅度在控制范围内,可避免卷渣、改善表面质量;结晶器内钢液过热得到有效耗散,有利于等轴晶形核改善铸坯内部质量;侧孔出流钢液速度得到有效控制,可抑制注流对初凝坯壳的冲刷,提高了初生坯壳生长的均匀性。此外,电磁搅拌产生的水平旋流强度也可得到有效控制,有利于避免常见的皮下白亮带现象。     

水口扩张角对230mm x 1300 mm板坯结晶器流场及氩气泡行为的影响

利用离散相模型研究水口扩张角（0~12°）对230mm×1300 mm板坯结晶器流场及氩气泡行为影响。并用水模型实验进行了验证。结果表明,扩张角增大,能显著减小注流冲击深度及氩气泡在自由液面上浮区域;尤其当扩张角为9°时,结晶器流场较好,自由液面波动较小,有利于夹杂物去除及减轻界面卷渣几率。双流230mm板坯连铸工业性试验表明,安装扩张角9°的水口一流铸坯较安装无扩张角水口的另一流铸坯表面夹渣发生率降低了5.9%~14.8%。     

板坯连铸结晶器内流场的水模型实验研究

通过在实验室进行水模实验,模拟了现场生产时结晶器内钢水的流场分布情况。重点研究了水口浸入深度、结晶器宽度、拉速和水口偏转角度对结晶器钢液流场和液面波动的影响,分析了浸入式水口参数变化在实际生产时的优缺点。通过选择合适的目标拉速和浸入深度,有利于减少结晶器卷渣和铸坯夹杂,降低卷渣漏钢的危险。