水口浸入深度对CSP结晶器内流场的影响

为了解决高拉速生产条件下CSP板坯表面质量问题,利用数值计算软件FLUENT针对某厂CSP连铸机水口插入深度对结晶器流场及液面波动的影响进行了数值模拟研究。研究结果表明,不同的水口浸入深度结晶器内流场基本相同,增加水口浸入深度对结晶器流场影响不明显,水口浸入深度的大小直接决定了从水口流出的流股撞击结晶器窄面位置的高低,同时得出,当水口浸入深度从300、340增大到380 mm时,液面处最大流速分别为0.180、0.160和0.127 m/s;增大水口浸入深度,结晶器上回流对结晶器液面的扰动将减弱,对应的卷渣次数减少。     

薄板坯连铸结晶器内四孔水口的水模试验

为研究内4孔水口下拉坯速度、水口浸入深度和结晶器宽度对结晶器液面波动的影响,以断面为90 mm×1 500 mm和90 mm×1 270 mm的结晶器为原型,建立1[∶]1的物理模型,通过DJ800水工数据采集系统对结晶器液面波动情况进行检测。研究结果表明：最大波高差出现在2号传感器位置,在浸入深度一定下,结晶器液面波动随着拉速的逐渐增大而增大;当拉速一定时,液面波动随着水口浸入深度从240 mm增加到340 mm而减小;在拉速和浸入深度相同时,小断面结晶器的液面波动情况总体小于大断面结晶器的液面波动。     

大方坯连铸结晶器水口优化模拟探究

为了研究不同浸入式水口类型对结晶器内流场流动的影响,以结晶器水口优化为出发点,利用物理模拟和数值模拟两种手段对断面280 mm×380 mm大方坯结晶器不同水口开展优化研究。本研究首先构建了一个1∶1结晶器水模拟试验装置,实现不同浸入式水口下的连铸流动模拟,利用PIV测量了不同水口下的结晶器截面流场,然后利用Fluent软件进一步研究了浸入式水口开孔角度、开孔数目、安装角度等参数变化对结晶器内流场以及液面波动的影响。物理模拟和数值模拟研究表明,开孔角度向上时,波动范围大于5 mm;开孔角度水平时,对窄面冲击速度过大,达到0.35 m/s;较双孔水口,四孔水口液面速度为0.22 m/s,小于卷渣临界速度值;水口安装角度改为对角线时,强化了内流场角部流动,整个流场流动更加稳定。     

矩形坯连铸结晶器流场和温度场的数值模拟

利用Fluent流体力学软件研究了四孔浸入式水口的浸入深度对结晶器内钢水流场和温度场的影响,且探讨了其合适的铸坯拉速。结果表明,随着水口浸入深度的增加,射流的冲击深度逐渐增加,结晶器内自由液面水平速度减小,液面波动有降低的趋势,且当水口浸入深度大于100 mm时液面趋于平稳;随着浸入深度的增加,结晶器液面温度降低,高温区下移,合适的水口浸入深度为100~120 mm;随着拉速的提高,其冲击深度逐渐增加但变化十分缓慢,液面波动明显增强,合理的拉速范围为0.9~1.1 m/min。     

1 600 mm×230 mm板坯结晶器流场及液面波动水模拟研究

以某厂1 600 mm×230 mm的板坯结晶器为研究对象,利用相似原理,建立1：2的物理模型,采用波高检测、粒子示踪等方法,研究了不同水口底部形状、浸入深度以及拉速对结晶器流场和液面波动的影响。试验结果表明：采用凸底浸入式水口,拉速为1.1 m/min,浸入深度为220 mm或260 mm时,结晶器液面波动幅度和注流冲击深度较低,无卷渣现象发生。     

薄带双辊连铸水口电磁制动的实验模拟

为控制薄带双辊连铸结晶器内金属液面的波动,提出了水口电磁制动（N-EMBr）设想,通过在水口区域施加稳恒磁场与直流电流,减缓水口金属液对双辊熔池的冲击文中对熔池液面的波动情况进行了实验模拟;观测了有无电磁制动及不同水口浸入深度等条件下熔池液面的波动情况,并测量了水口金属液冲击力的相对变化。结果显示,随输入电流增大,水口出量减小,双辊结晶器内液面波动幅度和频率降低,熔池液面趋于平稳,这表明水口电磁制动可望有效抑制熔池液面波动,为解决薄带双辊连铸结晶器内金属液的布流和流动控制问题,提供一种可选择的方法。     

立式连铸结晶器浸入式水口结构优化

为优化立式板坯连铸结晶器浸入式水口结构,采用1∶1的水模型和基于Fluent软件的数值模拟,试验研究了浸入式水口的中孔内腔形状(圆形、扁形)、水口底部形状(凸形、凹形)、水口倾角(+5°、+10°、+15°)及水口侧孔面积对结晶器内流场的影响。结果表明:中孔内腔为扁形、水口底部为凹形、水口侧孔倾角均向上时,侧孔向上倾角10°的水口结构有利于优化结晶器流场,保持结晶器液面合理波动,降低发生卷渣的概率。此外,增大水口侧孔面积有利于减小液面波动,但会导致水口侧孔上方的回流区范围扩大,降低水口的有效利用率。     

方坯连铸结晶器内表面流速与卷渣行为模拟

针对中小断面方坯侧分水口浇铸技术,以实际180 mm×240 mm断面方坯连铸结晶器为原型,基于相似原理,采用1：1的物理模型,比较了直通型和侧分旋流型水口浇注时在不同拉速和浸入深度下的结晶器内自由表面流速和渣层状态。结果表明：相同的浸入深度和拉速下,旋流型水口浇注时结晶器内各测点表面流速比直通型水口大;在实验条件下,直通型水口表面流速为0.010～0.023 m/s,旋流型水口为0.010～0.055 m/s,拉速和浸入深度对旋流型水口表面流速的影响较直通型水口显著;此外,采用旋流水口时结晶器的渣层波动要比采用直通型水口时频繁,拉速1.0 m/min、浸入深度120 mm时,其渣层波动适宜,钢渣界面活跃且无卷渣和裸钢现象发生,此时两测点的表面流速分别为0.028和0.032 m/s,是较适宜的工艺条件。     

水口结构对板坯结晶器液面流动行为的影响

针对不锈钢板坯轧材经常出现的夹渣和表面翘皮现象,以实际生产条件为背景,对其连铸结晶器内钢液流动行为与水口工艺的相关性进行了试验研究。基于相似原理建立了相似比0.65∶1的物理模型,对不同浸入式水口结构和浇注工艺参数下的结晶器液面状态进行了流体动力学行为评价与比较优化。其中,主要研究了拉速、浸入深度、水口倾孔倾角(4°、8°、15°)、侧孔形状(矩形、倒梯形)等对结晶器内液面波动和表面流速的影响。结果表明,连铸拉速和水口浸入深度对液面波动的影响比水口结构显著;水口上倾角由4°增大到8°、15°,结晶器表面流速有减小趋势,但因流股冲击深度减小,导致在结晶器弯月面处的波高增大。综合表明,针对实际连铸拉速1.10 m/min的需要,其适宜的水口结构为倒梯形水口侧孔、上倾8°,其在水口浸入深度110~120 mm范围内,液面平均波高为1.1~1.2 mm,平均表面流速约为0.103 m/s。同时用数值模拟方法比较了优化方案和原方案,同样表明优化方案液面较平稳,剪切卷渣概率较低。     

1300mm×230mm板坯连铸结晶器流场水模型研究

根据某厂的1 300 mm×230 mm大板坯结晶器生产情况,利用相似原理,采用1:2的物理模型,通过波高检测研究了水口底部形状、水口浸入深度及拉速对结晶器液面波动的影响,同时通过卷渣试验中的卷渣趋势来寻找较优流场。试验结果表明:在水口浸入深度为180~260 mm范围内,使用凸底水口优于凹底水口,液面波动随着拉速的增加而增加,随着水口浸入深度的增加而降低。当拉速为1.1~1.3 m/min,浸入深度为220~260 mm时,液面波动为±4 mm左右,无卷渣产生。     

板坯连铸结晶器内流场与钢-渣界面波动性数值模拟分析

基于Fluent商用有限元平台,以1 300×200 mm板坯连铸结晶器为研究对象,结合其实际生产工艺,利用VOF方法建模计算,并追踪结晶器内钢-渣界面运动;分析了拉速和水口浸入深度对系统流场和钢-渣界面波动性的影响规律,并通过水模实验验证了仿真模型准确性。同时,结合实际生产情况给出了结晶器钢-渣界面稳定性的控制措施。结果表明,拉速的增加会加剧结晶器弯月面处的界面波动,浸入深度的增加可有效抑制钢-渣界面波动,避免卷渣现象发生;根据数值模拟结果,为获得稳定流场和减少界面波动,建议的工艺匹配值为:拉坯速度1.2 m/min,水口浸入深度280 mm。     

薄板坯高拉速浸入式水口研究与优化

为了满足薄板坯连铸工艺高拉速对结晶器流场和温度场的要求,对浸入式水口的结构进行了研究。通过数值模拟研究,对薄板坯连铸浸入式水口进行了优化,优化后的新型浸入式水口可以获得高拉速状况下稳定的结晶器流场和温度场。同时对新型浸入式水口进行了水模分析,验证了数值模拟结果的有效性。现场试验新型浸入式水口,发现结晶器液面平稳、热相图稳定,板卷质量良好,铸机拉速较原水口提高22%。     

板坯连铸结晶器内钢液流场的水模拟研究

以某钢厂生产断面为165 mm×565 mm板坯连铸结晶器和水口为原型,采用1∶1的物理模拟,制作结晶器和浸入式水口模型。对结晶器流场进行水模拟试验。通过改变不同参数,研究不同因素对结晶器流场的影响,以便得到更适合现场生产的工艺参数。实验结果表明,生产断面为165 mm×565 mm板坯连铸结晶器浸入式水口倾角20°,拉速的调节范围在1.0~1.1 m/min,结晶器水口浸入深度在130~140 mm范围。更加有利于结晶器的顺利运行,提高钢坯质量。     

板坯结晶器流场水模拟实验研究

利用水力学模拟的方法，研究安钢现用浸入式水口结构对结晶器流场的影响，通过液面波动、流股的冲击深度及卷渣实验，找出产生质量缺陷的原因，为进一步优化水口提出初步意见。     

直通型水口浸入深度对220 mm×260 mm方坯结晶器流场影响

结晶器内钢液流动状态会直接影响铸坯的质量,不合理的流场会导致液面流速过大,弯月面波动过大,造成卷渣。采用几何相似1：1水模型和Fluent流体力学软件研究了220 mm×260 mm方坯结晶器直通型水口浇注下,不同浸入深度对结晶器液面波动、表面流速、流场分布、冲击深度、保护渣覆盖的影响。结果表明：直通型水口流股集中,冲击深度较大,液面波动均匀,波动受浸入深度和拉速的影响较小。保护渣渣层覆盖良好,渣层均匀,出现卷渣的可能性较小。综合考虑冲击深度,保护渣活跃程度,结晶器电磁搅拌的影响,现场合适的浸入深度为80～100 mm。     

水口结构对超宽板坯连铸结晶器内流场和温度场的影响

建立了超宽板坯结晶器两相热流耦合模型,对比计算了4孔和5孔的浸入式水口与传统二分式水口结晶器内钢液流动和温度分布情况,重点比较了采用3种水口结晶器内自由液面波动情况和该处钢液的流动与传热行为以及结晶器出口处钢液温度分布情况。研究表明,对于超宽板坯连铸结晶器,5孔水口和4孔水口结晶器的流动和传热行为都优于传统二分式水口,而且5孔水口结晶器出口处的温度分布更有利于铸坯凝固,改善中心偏析。     

板坯连铸结晶器浸入式水口结构优化

针对断面为180×730 mm~2板坯结晶器液面波动较剧烈,易产生卷渣等问题,基于物理模拟和数值模拟对结晶器内钢液表面流速、液面波动和钢水凝固状况等复杂物理现象进行了研究;对拉速和浸入式水口的角度与底部结构进行了设计和优化,并通过物理模拟和数值模拟进行了验证。结果表明,倾角为20°、浸入式水口的底部结构为凹底30 mm,拉速为0.9～1.0 m/min,结晶器表面流速在0.18 m/s以下,液面波动较为平稳。     

板坯塞棒和中间包上水口吹氩工艺水模型研究

针对唐钢不锈钢3#连铸机塞棒和中间包上水口吹氩工艺进行了原型与模型比例为2∶1的水模实验,研究了同一种板坯宽度、同一种水口条件,不同拉速、不同水口浸入深度下,塞棒和中间包上水口的临界吹气量,以及吹气量对于结晶器流场中液面波动和流股在窄边冲击点的影响规律,为现场生产中结晶器吹氩工艺参数的优化提供依据。     

结晶器流场及浸入式水口的优化

钢水在结晶器内的流动状态对钢水卷渣、保护渣对夹杂物的捕捉、铸坯裂纹的形成等均有重要影响,本文利用水力学模拟的方法,研究浸入口式水口形状对结晶器流场的影响,通过液面波动和流股对结晶器侧壁冲击压力的优化,选出最佳水口。     

厚板坯连铸结晶器的浸入式水口优化

对断面尺寸为250 mm×1550 mm厚板坯结晶器进行了水力学模拟试验,研究了浸入式水口结构及工艺参数对结晶器内液面波动及流场的影响,并针对现有水口下出现的铸坯角部夹渣及表面质量问题,对水口结构进行了优化。结果表明:水口结构对液面波动影响较大。同种工况下,S1水口的流股到达窄边的冲击速度最大,达到0.29 m/s,冲击深度最小,S1水口的液面波高比其他水口大。S1水口为较优水口,推荐的浸入深度为110~150 mm,吹气量为7~9L/min。