十二流小方坯中间包优化及冶金效果

利用数值模拟对宣钢十二机十二流连铸机中间包的三维流场、浓度场和温度场进行研究,优化出了最佳控流装置。应用结果显示,采用优化结构后的中间包,流场明显改善,各流的流动特性趋于一致,高温钢液对第6流塞棒的冲击减轻,各流最大温差由优化前的10 K降低为优化后的4 K。且连浇时间由优化前的20 h延长到26 h。     

六流中间包挡墙优化的数值模拟和工业实践

根据钢厂40 t六流重轨钢中间包的结构和工艺参数,通过Ansys Fluent软件数值模拟的方式,研究了其流场、温度场及RTD（停留时间分布）曲线。研究发现,原中间包流场及温度场分布不合理,各流一致性较差。通过正交试验,确定了挡墙开孔底部仰角10°、中部仰角10°、开孔上移0 mm的优化方案。模拟结果表明,通过优化设计,提高了中间包的整体流场速度, 大幅降低了钢水的平均停留时间标准差,最低温度提高了 14.2 K,各流水口温差缩小了 1.77K,各流一致性显著增强。40 t中间包U75V重轨钢的生产应用结果表明,优化后最远端水口（3号水口）平均停留时间由原687.1 s降至575.5 s,各流温差由2.05 K降至0.28 K,改善显著。     

小方坯五流对称中间包流场优化与应用

针对铸坯中非金属夹杂物超标的问题,以某钢厂五流对称150 mm×150 mm方坯连铸中间包为研究原型,采用数值模拟的方法研究不同控流装置对中间包内流场的影响,并得到最优的挡墙结构。结果表明,原型中间包存在停留时间短,死区比例大,持续流动的钢液对中间包包壁冲刷侵蚀的问题;采用优化后的U型挡墙后,停留时间延长了257.11s,死区比例减小27.31%,且各水口均匀性明显改善。现场试验发现:中间包优化后T[O]含量降低45.81%,大颗粒夹杂物含量明显降低。     

多流中间包结构对各流一致性及钢洁净度的影响

为提高某钢厂铸机设备利用率和钢产量,将现用6流中间包改造为7流中间包,并通过工业试验对比了改造前后中间包各流钢液温差和铸坯中的夹杂物。结果表明,改造后的中间包不仅提高了生产效率,同时还提高了铸坯质量。以帘线钢为例,7流中间包浇注帘线钢时相比6流中间包各流间的钢液最大温差由平均4.3℃降低至3.0℃,各流钢液的温度标准差降低了32.4%,这有助于稳定各流浇注过热度和铸坯凝固组织。另外,铸坯中的大型夹杂物含量由平均4.52 mg/10 kg降低到1.62 mg/10 kg,显微夹杂物的平均数密度和各流数密度标准差分别降低了47.6%和87.9%。改造后7流中间包对应的铸坯洁净度和各流一致性均显著提高,表明不同的中间包控流方案设计对钢液洁净度有一定影响,在工业生产中不容忽视。通过对中间包流场的物理模拟解释了以上现象。研究结果可为多流中间包的优化改造提供参考。     

方圆坯六流中间包控流装置的数值模拟与现场试验

基于数值模拟方法,对方圆坯弧形六流中间包在采用不同控流装置下进行模拟研究。数值模拟结果表明安装有导流孔"V"型挡墙+湍流器+挡坝控流装置的中间包更能有效地减少作用于弧形壁面的切应力、优化中间包流场、均匀温度分布、促使夹杂物去除。现场应用结果表明,采用所推荐控流装置的中间包,其相邻流温度均匀,温差均小于5 K,且最大平均温差仅为2.7 K;37Mn2平均总氧量T[O]为17×10-6;铸坯中氧化物夹杂物控制在50μm以下。     

两流板坯连铸中间包结构优化水模实验研究

通过两流板坯中间包水模实验,研究了抑湍器以及不同控流装置的组合对中间包流动特性的影响.结果表明,合理使用抑湍器能延长开始响应时间,提高平均停留时间和活塞流体积.抑湍器和垱坝组合控流效果良好,且结构简单.由抑湍器、垱坝和挡渣堰组成的控流装置使中间包流场更加合理,优化后的中间包平均停留时间由原先的188 s提高到218 s,活塞流体积分数由3.50%提高到15.41%,死区体积分数由41.57%降低到32.15%.     

CSP连铸中间包不同控流装置对钢水流动行为影响模拟研究

基于有限元方法,研究了酒钢CSP薄板连铸中间包采用不同的控制流装置布置对中间包流场的影响,结果表明,仅有挡渣墙无挡坝的控流装置钢水在中间包内停留时间最短,流场分布最不合理,第一道挡坝与挡渣墙的距离200 mm,高度200 mm的工况下,中间包流场分布较为合理,研究结果为中间包流场进一步优化改善提供了理论上的指导。     

连铸参数对中间包内控流元件冶金性能的影响

根据相似原理,以浇铸Φ380 mm铸坯的28 t 3流T型中间包为原型,通过实验相似比λ=1:2水模型,研究了拉速0.3～0.9 m/min、液位600～1200 mm连铸条件下,控流元件对中间包内流场特性的影响。结果表明,当实际生产的中间包液位为500 mm左右时,拉速<0.4 m/min时,控流元件改善其流场的作用不明显,不需加入控流元件;当拉速≥0.4 m/min和<0.7 m/min时,可选用带挡墙结构的中间包;当拉速≥0.7 m/min,可考虑挡墙加湍流抑制器的结构,以优化中间包内流场特性。通过对中间包内流场的分析得出,设置控流元件时,应尽量降低注流混乱度并使钢水湍动能尽可能多的消耗在浇铸区。     

双长水口七流中间包结构优化的数值物理模拟

以某钢厂双长水口七流方坯中间包为研究对象,进行中间包优化研究。建立1∶4水模型并开展水模实验,对水模实验结果进行分析,研究导流孔位置和上仰角度对双长水口中间包流场的影响,选取最优的控流装置。同时,运用商业软件ANSYS Fluent对原型中间包和优化中间包进行流场和温度场耦合计算,并与水模型结果相互验证。结果表明,优化前后停留时间从127 s增至253 s,死区比例从57.13%减至24.10%,停留时间标准差从21.74减至10.87,浇注区纵截面浇注温度最大温差从4.7 K降至1.2 K,各流水口温差明显降低,中间包各水口一致性增加,流动更加均匀。     

六流H型通道感应加热中间包的结构优化

摘要：为解决六流H型通道感应加热中间包原型死区比例大,各流一致性差,第3流和第4流钢水短路流的问题,通过水模拟实验对中间包流场进行优化,同时采用数值模拟对中间包温度场进行了模拟。结果表明,在中间包内添加挡坝或在V形挡墙上开导流孔均可改善流体的流动状况。与原型结构相比,优化后的A4方案（V形挡墙上开2个水平倾角分别为36°、44°,孔径105mm,距包底分别为170和510mm的导流孔）总体平均停留时间延长了165s,死区比例降低了23.95%,各流水口之间的最大温差仅为0-5K,一致性显著提高。     

首钢小方坯连铸机中间包数值模拟分析

针对首钢160 mm×160 mm方坯连铸机14.5 t中间包建立数学模型,采用流体力学计算软件Fluent对4流异型中间包内钢液流动和温度进行了数值计算,得出中间包钢液流动的速度场、温度场和停留时间分布曲线。计算结果表明,各流最大温度差为8 K,应避免低过热度浇铸;1流死区体积分率为20%略大于其余各流(10%～20%)外,中间包钢水流动参数可以满足生产的需要。     

4流大方坯45 t中间包流场的物理模拟和冶金效果

通过几何相似比1:3的水模型对钢厂4流410 mm × 530 mm大方坯连铸机的不同结构的40～50t中间包进行流场、温度场以及流动特征的研究,并得出最佳控流装置。研究结果表明,为满足4流大方坯中间包对流场的要求,有通道式感应加热装置的中间包与无通道式感应加热装置的中间包优化出的最佳控流装置不同。对于无通道式感应加热装置的中间包,采用最佳方案(湍流控制器+带导流孔的"V"型挡渣墙+挡坝组合的控流方式),延长了近流水口响应时间及平均停留时间,各水口钢液的流动模式趋于一致,中间包内钢液的流动特征得到明显改善。生产40Cr钢实践表明,可连浇8炉,各水口最大温差为4℃,中间包钢液中T[O]约为10×10^-6。     

6流非对称40t中间包挡墙和挡坝对帘线钢盘条夹杂物的影响

通过工业试验研究了6流非对称40t中间包不加挡墙、加挡墙和同时加挡墙挡坝对82A帘线钢Φ5.5 mm盘条夹杂物数量和尺寸的影响。金相检验和电解夹杂物分析结果表明,中间包不加挡墙,近流盘条中夹杂物数量多且尺寸大;加挡墙后,近流盘条中夹杂物数量明显减少且尺寸减小,但远流盘条中夹杂物数量增多且尺寸较大;当加挡墙和挡坝,远流和近流盘条中夹杂物数量和尺寸均明显下降。     

0.8 m/min拉速H异型坯中间包控流装置对传递性能影响的数值模拟

根据长8 m,钢水液位0.8 m的3流H型连铸坯中间包,采用FLUENT软件建立三维几何模型模拟研究了弧形挡墙导流孔直径D（100~200 mm）,导流孔高度H（350~550 mm）和两导流孔夹角θ（20°~50°）对中间包内钢液的流场和温度场分布、钢液的混合状况及不同粒径夹杂物上浮去除的影响,结果表明导流孔直径D 100 mm、导流孔高度H 550 mm、导流孔夹角θ 50°时,中问包综合传递性能最优,各流平均停留时间差和各出口钢水温度差较小,大颗粒夹杂去除率达76%。     

六流双通道感应加热中间包钢水流动控制

通道式感应加热是近年来得到快速推广应用的中间包冶金新技术,其通道常为直通式结构。然而对于多流狭长型中间包,这种结构会造成包内各流钢水流动和温度差异大,从而影响铸坯质量的稳定性和一致性。为此,提出了一种分口通道结构,并以国内某钢厂一需要改造的6流中间包为原型,通过物理模拟方法探究了通道孔径、角度等对钢水流动的影响,且与常规直通道结构进行了对比。结果表明,分口两孔径分别为90、60 mm并配合挡坝结构的A1D方案可明显改善整个中间包的流动均匀性,各水口RTD曲线几乎重合。该结构应用于某厂重轨钢生产,铸坯质量稳定,各流钢水温差为0~3 ℃,取得了良好的应用效果。研究为该类中间包的结构设计提供了新的思路和方法,同时也表明传统的物理模拟方法仍可用于指导感应加热中间包的设计和优化。     

八流方坯连铸中间包结构优化研究

采用1:3水模型实验对钢厂的八流150 mm×150 mm坯连铸不同控流结构80 t中间包内钢液流场进行了研究,并通过数值模拟进行验证。研究结果表明,中间包仅加湍流抑制器后对改善钢液的流动效果不明显,加上"V"型挡墙后能明显改善各流流动特性,湍流抑制器、"V"型挡墙和单坝组合能进一步提高各流的流动特性一致性,平均停留时间增大到505.22 s,在挡坝的两侧分别形成了明显的环流区。将单挡坝改为双挡坝后,V_p/V_d平均由原来1.77提高到2.63,死区比例平均也减少了6.0%,且各水口的稳定性最好,各流RTD曲线吻合度也最好,且存在3个大环流区和1个小环流区,水模型实验与数值模拟结果一致。     

六流方坯中间包内流场的数值模拟及优化

以唐钢150mm×150mm铸坯6流T型中间包为研究对象,用商业软件ANSYS对中间包内钢液流场进行了三维数值模拟与优化,研究了中间包内钢液的流动特征和设置导流挡墙后中间包内钢液的流动方式。结果表明,设置合理的挡墙和导流孔可以有效改善中间包冶金效果;3个导流孔直径(mm)分别为93、72、36,位置(mm)为(220,140)、(350,280)、(700,300),倾斜角度为(21°,15°)、(8°,23°)、(10°,28°)时中间包流场最为合理。     

基于水力学模拟试验的3流连铸20 t中间包结构优化研究

采用几何相似比1:2.5的水模型试验研究了带有一字型挡墙,矩形导流孔,水平无倾角的原型中间包以及V形挡墙,倾角0°~40°Φ80~Φ120mm圆形导流孔,并加抑制器的改进结构的流场,得出V字型挡墙+30°倾角和直径Φ80 mm导流孔+深盘带唇缘型湍流抑制器的改进中间包结构最优,可延长钢液在中间包内的停留时间,死区体积从原中间包的48.16%~63.06%降至10.3%~10.9%,有利于夹杂物的快速上浮。