单流中间包结构优化及夹杂物去除数值模拟研究

针对单流中间包连铸过程中流动状态不佳、钢液夹杂物含量较高等问题,提出了中间包控流装置的优化方案,采用数值模拟和水模试验研究了不同控流装置情况下中间包钢液流动行为及平均停留时间分布等特征。结果表明,最佳控流装置参数：堰距长水口距离1 090 mm,堰高度180 mm,坝堰间距260 mm,高坝高度340 mm时中间包钢液流场优化及夹杂物去除效果最佳。对比原方案中间包,优化后中间包钢液平均停留时间和活塞区均有所增加,死区降低7.14%;夹杂物平均去除率达到68.7%,较原方案平均去除率提高6.6%。     

通道式钢液过濾器对两流板坯连铸中间包流场的影响

以相似原理为基础,通过建立几何相似比0.28:1的水模型对两流230 mm×1300 mm板坯连铸63.27t中间包流场进行模拟实验,研究通道式过滤器对中间包钢液流动状态的影响。结果表明,单纯的湍流控制器+挡墙、挡坝,中间包活塞区体积偏小,死区体积偏大;用钢液过滤器代替挡坝后优化效果明显,且安装简单,成本低,优化后的中间包钢液平均停留时间由348.22 s延长至400.15 s,峰值时间由原来的172.4 s延长至196.0 s,死区体积由22.49%减小至9.69%。     

长水口插入深度对连铸中间包流体流动影响的研究

长水口插入深度对中间包钢液的流动状态有重要影响。以相似原理为基础,进行水模实验,测定了有无控流装置时中间包钢液的停留时间分布曲线（RTD）;采用Fluent软件和数学模拟的方法,仿真计算获得了实际中间包内钢液的流动状态,分析比较了钢液流动的速度矢量图和流线图。从而确定了合理的长水口插入深度。研究结果表明,有、无控流装置时,建议长水口插入深度为110 mm左右。     

五流大方坯中间包控流装置优化的数值和物理模拟

针对280 mm×350 mm五流连铸35 t中间包第3流铸坯质量探伤不合格率较高的问题,采用数值模拟和几何相似比1:3水模型模拟,研究了控流装置对中间包钢液流动特性的影响,优化中间包流场。结果表明,原型中间包控流装置结构不合理,各流一致性差,尤其第3流短路流明显;采用中墙开两孔的2~#挡墙+圆形加檐的B型湍流控制器后,各流一致性明显改善,第3流短路流消除,其平均停留时间延长了242.1 s,同时中间包活塞区体积增加了5.7%,死区体积减小了1.1%,冲击区钢液流动平稳。     

包钢大方坯六流中间包改进及数模分析

运用数值模拟方法,研究了包钢5#大方坯连铸机六流中间包在设置挡墙和坝前后钢液流动行为的变化.计算获得的各流钢液停留时间分布曲线,表明合理地设置控流装置后,中包内各流钢液停留时间增加了2 min左右,短路流大大减少,钢液混合更充分,死区比例下降17%;温度计算表明,设置控流装置后,各流钢液温度差异明显缩小.     

八流中间包耐材蓄热对中间包钢液温度的影响

对八流40 t中间包烘烤及浇钢过程的包壁与钢液温度进行了数值模拟计算与20CrMnTiH钢200 mm×200 mm坯连铸现场实测。结果表明,模拟计算烘烤期间中间包耐材升温缓慢,浇钢后中间包内衬耐材升温加快,第3炉外壁温度397℃,达到热平衡;第2炉结束时,计算两侧与中部钢液温度较第1炉对应位置分别升高5.2、1.5℃,计算边流与中部流钢液温差4.8℃,实测第2炉边流间与中部流间钢液温度相差4℃,中间包钢液温度均匀稳定,计算值与实测值趋势一致;烘烤包温度由900℃提高至1000℃时,第1炉中间包钢液温降减慢,水口出钢温度略增,各流间温差减少。     

挡墙结构对46 t中间包钢液流动特性影响的数值和物理模拟

通过采用流动力学软件FLUENT进行的数值模拟和几何相似比1:3的水模型分别研究了导流孔倾角30°的U型挡墙和导流孔倾角分别为20°,25°,30°的V型挡墙4种结构的挡墙对46 t两流T型Φ800 mm圆铸坯中间包钢液流动特性的影响,并采用稳态模拟计算中间包钢液的温度场分布。结果表明,两种模拟结果有良好的一致性;使用导流孔倾角20°的V型挡墙的中间包流动特性最佳,中间包出口流温差仅为4.0 K,整体最大温差为14.2 K,停留时间最长为803.1 s,死区体积分数最小为0.09,更有利去除钢液夹杂物,提高钢的洁净度。     

湍流控制器对异型中间包夹杂物去除的影响

控制中间包内钢液的合理流动对夹杂物的去除十分重要,因此采用数值模拟手段研究了四流连铸中间包内钢液流动情况,考察了圆型湍流控制器高度,半径及顶缘厚度对中间包钢液流动和夹杂物去除的影响。结果表明:当在四流中间包内设置高度300mm,半径170mm,顶缘厚度20mm的圆型湍流控制器时,粒径小于80μm夹杂物的上浮去除率提高近20%。     

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。     

六流小方坯连铸中间包结构优化仿真

以鞍钢六流小方坯T型中间包为对象设计了中间包结构优化方案,应用数值模拟方法研究不同方案的中间包钢液流动状态和温度场情况。模拟结果表明,中间包纵向侧壁钢液液面高度处内部宽度为463 mm时的优化效果最佳。结构优化后的中间包用于浇铸高碳钢,各流钢水出口最大温差降低了7℃,塞棒侵蚀减轻,单中包浇铸由12罐提高到17~18罐。     

12流小方坯6流中间包结构优化的数值模拟和冶金效果

利用数值模拟对宣钢12流150mm×150mm连铸机的35 t 6流中间包的三维流场、浓度场和温度场进行研究,得出了最佳控流装置挡渣墙孔径120 mm,水平偏角5°,竖直仰角5°。应用结果显示,优化结构中间包的流场明显改善,各流的流动特性趋于一致,钢液对第6流塞棒的冲击减轻,各流最大温差由原先的10 K降低至4K。且连浇时间由原先的20h延长到26h。     

三流非对称连铸18 t中间包流场的物理和数学模拟

以西宁特钢三流非对称250 mm×280 mm方坯连铸18 t中间包为研究原型,应用1:2.2比例水模型试验和数学模拟相结合的方法研究3种控流装置对中间包流场的影响,得出一种优化的新型挡墙结构。结果表明,原型中间包3个水口间的平均停留时间和滞止时间相差较大,对各注流之间的均匀控制带来不利影响;使用新型的U形挡墙后,中间包内死区比例降低了36.67%,3个水口的平均停留时间标准差减小,有利于各流之间的均匀化控制。     

异型坯连铸长水口浸入深度对36 t中间包流场和温度场的影响

通过建立的中间包钢液流动传热三维耦合数学模型,采用FLUENT软件模拟研究了H-型钢用三流异型坯连铸长水口浸入深度(100~200 mm)对36t中间包Q235B钢水(0.12%~0.20%C)流场和温度场的影响。结果表明,随长水口浸入深度的增加,中间包内钢水自由液面波动有减少趋势;中间包各流出口钢水平均停留时间差和各流钢水出口温度差显著增大;该中间包异型坯连铸过程合适的长水口浸入深度约为125 mm。     

Effect of asymmetric casting of conticaster on liquid steel in tundish

The flow characteristic and temperature characteristic of steel liquid in tundish at asymmetric casting were studied using SolidWorks, ANSYS, etc.It has an important impact on flow field in tundish for asymmetry casting of conticaster, which can lead to the change of tundish temperature distribution. When a strand of conticaster on one side is closed, the flow rate of steel liquid can be reduced and more backflow regions can be formed in this side of tundish. Simultaneously, the region of lower temperature steel liquid in middle part of tundish moves to the other side obviously, and the phenomenon is more noteworthy when an edge strand of conticaster is closed.     

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%。     

板坯连铸双流73 t中间包控流装置优化的水模型研究

根据相似原理采用1:3水模型研究了238 mm×1 500 mm板坯双流连铸73 t中间包不同控流装置对流场的影响,以便得出最佳控流组合及优化的挡墙位置和高度。结果表明,采用双层湍流抑制器和下挡墙配合使用是双流中间包控流的较优组合,当下挡墙位置在模型中距长水口685 mm,高度为152 mm时,平均停留时间相对原型中间包延长了53.5 s,死区比例由27.9%减小到13.1%,较好地改善了中间包内流体的流动形态,有利于均匀钢液温度和夹杂物上浮去除。     

三流方坯连铸中间包结构优化的数值模拟和应用

根据太钢三流220mm×220mm方坯连铸中间包结构和工艺参数,利用ANSYS FLUENT数值模拟软件对该中间包流场和温度场进行模拟研究。结果表明,原型中间包流场不合理,第2流钢液存在短路流和死区,各流一致性较差。优化方案通过在浇注区设立挡墙,形成钢流缓冲区,钢液重新分配,流场一致性得到了大幅度改善。最优方案应用于现场后,相对于原方案第1、2流夹杂物数量分别降低了9.51%、23.52%,流间夹杂物数量差异降低了52. 72%,两流夹杂物数量和流间夹杂物数量差异都明显降低。