矩形钢坯结晶器浸入式水口结构设计与优化

以某公司矩形钢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,对结晶器内钢液流动及温度分布进行系统分析,分别计算不同浸入式水口倾角、浸入深度、拉速等条件下结晶器内钢液流动状态及热流分布,并对相应的工艺参数进行优化. 结果表明,对于断面为150 mm′330 mm的矩形坯,最优的结晶器浸入式水口侧开孔形状为跑道形,内径30 mm,侧开孔角度25o.     

出口结构对水口与流体之间相互作用的影响

作为功能耐火材料的连铸用浸入式水口使用条件苛刻,不仅要经受钢液、保化渣的侵蚀,而且受到高温流体的冲击.为了研究高温状态下水口的应力状态,本文通过流固耦合技术,采用有限元计算了流体与具有不同结构的浸入式水口之间的作用,结果表明:(1)具有梯形出口的水口内壁上角点速度最大,而且出现明显尖峰,该处的边缘曲线出现拐点,造成速度的突变,应力增大.(2)半圆形出口与梯形出口相比,速度峰值变化缓慢,高峰值速度区增加,建议水口结构设计时采用平滑过渡出口,减少附加惯性应力,增加产品使用的可靠性.     

水模拟研究浸入式水口位置对薄板坯连铸结晶器流场的影响

为了研究薄板坯连铸过程中浸入式水口位置(对中、向右倾斜4°、向左偏移2 cm、向右偏移2 cm、向前偏移2 cm、向后偏移2 cm)对结晶器内流场的影响,采用1:1的结晶器模型和现场实际使用的浸入式水口进行了水模拟试验;采用PIV系统测量结晶器右半部的流速及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处涡心位置等流场特征;采用DJ800水工测量系统测量结晶器左半部液面的波动。结果表明:1)水口向右侧倾斜4°后,造成结晶器内左右流场不对称,流股对右侧的冲击点上移。2)水口左右移动后,Ⅰ处平均涡心位置变化不大,Ⅱ处平均涡心位置均下移;水口向左移后,Ⅲ处平均涡心位置下移;水口向右移后,Ⅲ处平均涡心位置变化不大;水口左右偏移后,其涡心变化范围与水口对中时相比变化不大;结晶器液面波动降低。3)水口前后偏移后,Ⅰ处平均涡心位置变化不大;Ⅱ处平均涡心位置下移;Ⅲ处平均涡心位置上移,涡心变化范围变小;结晶器左侧液面的最大波动及各点波动的差别均减小,且向后偏移时的减小幅度更大。     

采用水模拟进行浸入式水口到结晶器的钢水流分析

采用水模拟和计算机模拟的流动分析,研究了浸入式水口流出孔及面内底部形状对钢水流的影响,并对两种方法的分析结果进行了比较。     

吹氩对板坯连铸结晶器流体流动的影响

基于相似理论,利用物理模拟研究了吹氩条件下板坯连铸结晶器内的流场,重点研究了不同水口吹气量对结晶器内卷渣、渣层分布、液面波动、流股冲击深度等的影响.研究结果表明,随着水口吹气量增加,结晶器内的卷渣次数先减少后增加,水口附近的液面波动逐渐增强,流股冲击深度逐渐变浅.     

薄板坯连铸浸入式水口结构数值模拟

使用有限元计算方法开展薄板坯连铸浸入式水口流场的研究 ,分别对水口不同浸入深度的流场分布、水口出口不同角度的流场分布进行计算。结果发现 :水口的浸入深度在 30 0mm时较为合理 ;水口的出口角度以R1 5、60°、45°为宜     

MOGUL型浸入式水口

为防止钢水在浸入式水口中的再次氧化，研制开发了一种新型的被称之为MOGUL的内衬结构，并用水模型进行了模拟试验。通过流速分布、流型特性等分析，指出新型浸入式水口(SEN)能有效抑制水口和结晶器内发生的钢水偏流现象，改善了钢水质量。     

连铸用浸入式水口的传热模拟

1 前言 连铸用浸入式水口在浇注钢水时,由于快速流过其内孔的钢水温度达1550℃左右,因此水口内外面之间的温差很大,随之会产生热应力,有时会因热剥落而发生裂纹。 以往,作为其措施,一般多是在水口外表面贴绝热材料,以此来努力提高材质的耐热震性,降低因预热水口而产生的ΔT,即降低发     

隔热结构浸入式水口的传热模拟

1.前言 为了确认具有隔热结构的浸入式水口(见图1)的隔热效果,采用有限元法对操作中的水口温度分布变化情况进行了分析,并在已实用化的隔热层中充填陶瓷纤维和空心球。但是,有关隔热特性多不明确。因此,在本研究中根据模型试验及其结果进行数值分析,并将两水口的隔热效果进行了比较。2.操作中的分析     

板坯结晶器中湍流的结构

用水模、各种实验技术和数学模拟研究了板坯结晶器中湍流的结构。弯月面稳定性取决于结晶器内湍流结构;用k-ε模型与雷诺切应力模型(RSM)做的数学模拟表明:在给定拉坯速度下,雷诺切应力模型能更好地预测弯月面轮廓。用粒子图像测速技术测得的雷诺切应力和流动涡旋状态与雷诺切应力模型预测的雷诺切应力和流动涡旋状态非常接近,并报道了横穿射流直径的最大值与最小值。浸入式水口出口上端的回流取决于拉坯速度,且随着拉坯速度提高而消失。低拉速时,报道了射流没有足够的能量耗散,所以上流辊能达到浸入式水口出口处。高拉速时,射流能量在浸入式水口孔内,结晶器窄边和结晶器拐角处耗散强烈,减弱了上流辊的动量传输,上流辊不能到达浸入式水口出口处。低拉速时,观察到弯月面的不稳定发生在结晶器拐角处。报道了弯月面完全稳定的最优拉坯速度。高拉速时,自由表面的流动结构显示为一个有较大速度梯度的岛状复合结构。这些速度梯度是造成弯月面不稳定的原因。     

板坯连铸中电磁制动方式对结晶器中钢液流场的影响

以水银模拟钢水,研究了板坯连铸电磁制动过程中不同拉速下,不同电磁制动方式[单条型电磁制动(EMBr-Ruler)和流动控制结晶器(FC Mold)]对结晶器内钢水流动的影响规律. 实验表明,(1) FC Mold可有效抑制结晶器内液面流及其波动行为(拉速0.52 m/min时最大液面流速和湍流度分别为无电磁制动时的1/5和1/6); (2)两种电磁制动方式均会压缩水口出流的扩张空间,结晶器窄壁附近向下液流的竖直流速剧增[拉速0.41 m/min时最大竖直流速由0.030 m/s(无电磁制动)增至0.066 (EMBr-Ruler)和0.057 m/s (FC Mold)],不利于快速形成活塞流;(3)高拉速(如2.0 m/min)时FC Mold电磁制动可获得较好的流场形态(液面最大流速为0.028 m/s),中拉速(如1.3 m/min)时EMBr-Ruler电磁制动所得流态较好,而低拉速(如1.0 m/min)时2种电磁制动方式均未获得预想的效果,甚至会恶化结晶器内原有的流态.     

浸入式水口壁厚对结晶器内钢液速度场和温度场的影响

利用CFD软件计算模拟了浸入式水口壁厚的变化对结晶器内部及液面温度场和速度场的影响.研究表明,壁厚的增加会导致流股的冲击深度增加,涡心高度降低,使钢液的热中心向下移动,同时结晶器水口附近和结晶器1/4处的平均速度约降低了一半,而在结晶器窄边的速度增加了一倍.结晶器下部温度比27.5mm厚水口高2K左右;而在水口附近和1/4处的温度比27.5 mm厚水口低2～3 K,不利于保护渣的熔化,粘结及裂纹率会增加.     

板坯连铸电磁制动下结晶器内金属流场的研究

以水银为实验工质,通过物理模拟实验研究电磁制动下,板坯结晶器内钢水流动规律. 实验通过超声多普勒测速仪获取不同电磁制动方式[单条型电磁制动(EMBr-Ruler)和流动控制结晶器(FC Mold)]、水口浸入深度和结晶器宽度下的液流特征. 结果表明,在EMBr-Ruler或FC Mold II电磁制动下,结晶器窄壁处形成"液流通道",不利于结晶器内快速形成向下的活塞流. 水口出口距下区磁场越近或被磁场所覆盖,则通道效应减弱; 结晶器宽度增大,亦可降低该通道内液流的冲击效果. FC Mold II下,液面流速和湍流度比EMBr-Ruler时低[液面水平流速最大值分别为0.155 (Case 1)和0.134 m/s (Case 2)],且加大水口浸入深度,可降低液流撞击结晶器窄壁的水平流速[其最大值0.071 (Case 2)和0.068 m/s (Case 3)]. 结晶器宽度的变化不改变水口浸入深度对结晶器流场的影响规律.     

钙处理钢水中夹杂物在连铸用水口上的附着机理

经过钙处理的钢水在连铸过程中造成浸入式水口发生堵塞，调查和研究了夹杂物附着的实际状态。与此同时，还实施了氧化铝附着实验。根据这些结果，对夹杂物在钙处理钢水用浸入式水口上的附着机理进行了研究。结果发现CaO一6Al2O3和钢水中的TiO2-CaO—Al2O3一起附着在浸入式水口的内壁上，造成浸入式水口在钙处理钢连铸过程中迅速堵塞。     

板坯连铸结晶器内流场数值模拟

利用FLUENT软件对1300 mm′230 mm的板坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以流体表面流速和射流冲击深度作为主要参考指标,研究了水口的特性及拉速、水口浸入深度对该水口作用下结晶器内流场的影响. 结果表明,A水口作用下具有表面流速大,射流冲击深度小,液面波动大,卷渣的可能性大等特点,且随拉速的增加而逐渐增大;随拉速的增加,结晶器内最大表面流速以0.06 m/s的幅度逐渐增大,射流冲击深度呈减小趋势,在150, 170和190 mm浸入深度下,结晶器液面表面流速最大值分别为0.599, 0.518和0.465 m/s,射流冲击深度分别为385, 410和420 mm,随水口浸入深度的增加,结晶器内表面流速逐渐减小,射流冲击深度逐渐增加;在实际生产过程中,使用A水口时应适当降低拉速、增大水口浸入深度;在高拉速的情况下,需用平行水口替换A水口.     

板坯连铸结晶器内流场的数值模拟

针对某钢厂板坯连铸机结晶器的结构和工艺参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,用商用软件FLUENT,运用湍流动能Κ方程和湍流动能散耗率ε方程的Κ-ε方程模型在给定的数值计算条件下,对板坯连铸结晶器内钢液的流场进行了模拟.通过模拟浇注初期钢液的流动状态,分析了结晶器内流场的基本特征.同时模拟计算了浸入式水口的出口倾角、插入深度以及拉速对钢液流动的影响.得出了满足断面要求的合理工艺参数:水口倾角为向下15°,插入深度为200mm,拉坯速度为1.3 m/min.     

井式喷嘴冷水壶注塑模设计

介绍了冷水壶注塑模实用结构,论述了模具结构特点和工作原理。该模采用井式喷嘴,一模一腔,斜滑块分型。型芯中心装有锥形顶盘,锥形顶盘设有气槽,保证塑料熔体正常快速充模,也避免推出时塑件与型芯之间出现真空导致推出困难。采用中心推杆推出塑件使,模具厚度减小30%。模具可实现全自动操作。     

不同模具结构模仁尺寸对模仁变形的影响

利用有限元方法,以方形塑件为例,同时考虑温度场和压力场等因素,对不同模具结构的模仁进行了变形分析。并考虑刚度和成本因素,优化了成型该塑件的模仁结构尺寸。结果表明,相同条件下,该塑件三板模模仁变形比两板模小,模仁宽度对两种模具结构的模仁变形的影响都较大,下模仁高度对下模仁变形影响较大,而上模仁高度对上模仁变形的影响较小。