六流中间包温度场优化数值模拟研究

通过对六流连铸机不同结构中间包内钢液温度场的数值模拟,提出了采用导流隔墙的改进方案。这种导流隔墙的应用,有利于均匀钢液温度,促使夹杂物上浮。     

八流一体式中间包的钢液流动特性分析

以单流中间包停留时间分布曲线(RTD曲线)组合模型为基础,充分考虑中间包各流流量对流动特性的影响,提出一个适合多流中间包的RTD曲线分析模型。该模型使中间包各流所对应的短路流、活塞流、混合区及死区的体积分数之和为100%,有效避免了传统组合模型所导致的各流股对应区域的体积分数之和偏大(超过100%)的情况,使之符合客观物理现实。模型选用短路流、活塞流、混合区及死区体积分数的标准差,进行各流流动一致性判断。以此为理论依据,采用水模拟实验,结合正交设计实验方法,确定八流一体式中间包控流装置的最佳组合为:低孔挡墙+低挡坝+盆式湍流抑制器。     

六流边铸中间包内钢液流动的数值模拟

计算机模拟仿真作为一种参数优化的有效工具，在过程冶金中的应用已越来越广泛。对六流连铸中间包内钢水流动进行了计算机模拟研究后发现，原中间包设计存在不足，提出了优化的设想。     

六流连铸中间包内钢液流动的数值模拟

计算机模拟仿真作为一种参数优化的有效工具,在过程冶金中的应用已越来越广泛。对六流连铸中间包内钢水流动进行了计算机模拟研究后发现,原中间包设计存在不足,提出了优化的设想。     

多流中间包流动特征的数学模型

提出了针对多流中间包流动特征的数学模型,给出了绘制停留时间分布(RTD)曲线的标准及其相关计算的规范;明确了\     

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。     

6流中间包内部结构优化的数值模拟研究

采用商业软件FLUENT,针对包钢大方坯连铸机建立三维数值模型,计算不同中间包内部结构对中间包内钢液流动状态的影响。结果表明,优化后的方案近流的平均停留时间比原方案增加了13.36%,有利于夹杂物的聚集和上浮。     

五流非对称结构中间包流动及传热特征数值模拟

为优化某钢厂非对称结构中间包内流体流动、均匀各流钢液温度、延长近水口平均停留时间,以达到提高铸坯质量的目的,对工厂原方案及两个优化方案进行流场、温度场及停留时间的数值模拟计算.结果表明无控流装置的原中间包流动及温度场分布不合理,优化方案有了明显的改善,并确定了最佳方案.     

多流中间包导流孔对钢液流动轨迹的影响

 通过采用水模拟试验对多流中间包不同控流形式进行全因素试验,研究并探讨了导流孔不同流向和不同孔径对钢液流动轨迹和多流间差异性的影响;并在工厂对改进前后的导流孔进行对比试验,研究了导流孔对夹杂物行为的影响。研究结果表明：为使钢液能充分利用中间包空间并兼顾钢液向各个出水口流动的均匀性,导流孔应分为主流孔和调节孔。主流孔流向的矢量终点应在内外侧出水口中心垂线的中点,孔径为48～52 mm;调整孔流向的矢量终点应在距纵向包壁前顶点175～220 mm,导流孔面积应在中间包浇注末期仍能保证通钢量的需求。导流孔经改进后钢液在中间包内的停留时间平均增加25%,铸坯中大夹杂物含量减少64.2%;活塞流体积平均增加50%,两流间差异性减小60%,中间包内[wT[O]]降低16.4%。     

非对称型多流中间包的解析

本文对各种多流中问包的非对称性提出了一个定量描述的物理量——不对称度Y,并将各种多流中间包分为完全对称型、一般非对称型、特殊非对称型等三类.对Y的几个参数选取进行了讨论,得出了几个参数与不对称度之间的关系,并指出在连铸中操作和设计方面应考虑的一些问题.     

六流T型中间包夹杂物去除行为的数值模拟

以41 t圆坯连铸中间包为研究对象,运用ANSYS软件,结合流动模型、拉格朗日离散相模型模拟钢液流动和夹杂物行为。通过用户自定义函数为中间包钢渣界面的边界条件设置了一种新的判定标准,即根据夹杂物的受力情况判定夹杂物上浮去除或进入钢液。通过数值模拟计算中间包出口处夹杂物数密度,并与工业试验结果对比,发现新的判定标准较传统的捕捉(trap)边界条件具有更高的计算精度。基于上述模型计算了稳态浇铸过程中间包内不同粒径氧化铝夹杂物的上浮时间、上浮位置及去除率。上述结果为更好地研究中间包内夹杂物行为提供了支撑。     

六流T型中间包夹杂物去除行为的数值模拟

以41 t圆坯连铸中间包为研究对象,运用ANSYS软件,结合流动模型、拉格朗日离散相模型模拟钢液流动和夹杂物行为。通过用户自定义函数为中间包钢渣界面的边界条件设置了一种新的判定标准,即根据夹杂物的受力情况判定夹杂物上浮去除或进入钢液。通过数值模拟计算中间包出口处夹杂物数密度,并与工业试验结果对比,发现新的判定标准较传统的捕捉(trap)边界条件具有更高的计算精度。基于上述模型计算了稳态浇铸过程中间包内不同粒径氧化铝夹杂物的上浮时间、上浮位置及去除率。上述结果为更好地研究中间包内夹杂物行为提供了支撑。     

漩流中间包流场的数值模拟

采用CFD软件Fluent对漩流中间包内的流场进行了数值模拟,分析了漩流中间包内的流场特征,以及漩流室的加入,中间包内的流动形态.模拟结果表明,由于漩流室的加入使湍动能耗散主要集中在漩流室内部,有利于夹杂物的聚合长大;漩流室的加入可改善钢液的流动状态,利于夹杂物的上浮.由于入口位置的非对称布置,造成了漩流中间包内的流场在入口区呈明显的非对称分布,这些结果为进一步优化漩流中间包内漩流室的位置和中间包挡墙参数提供了理论依据.     

四流中间包控流装置优化物理模拟

通过中间包物理模拟的试验方法对某钢厂四流中间包进行控流装置优化,优化试验分为挡墙类型优化和挡墙结构优化。结果表明,原型方案流体流动状态很差,导流孔孔径过大易导致短路流现象的发生,死区比例也高达34.16%。优化后的最优方案中Y3死区比例降幅高达33.14%,流体平均停留时间由原型的761.2延长至900.7 s,滞止时间则由32.2延长至76.7 s,优化效果显著,说明最优方案可以显著地提高中间包体积利用率,并改善钢液的流动状态,有利于冶金质量的提高。     

Water model simulation of tundish flow under varying conditions

Water model studies have been conducted to characterise the flow conditions in continuous casting tundishes under conditions of open and submerged nozzles. In this investigation simulations of practical problems of flow interruptions from the ladle, thermal inversions due to uninsulated ladle, and pneumatic agitation near the tundish end wall were conducted. The studies showed that incorporation of suitable flow control devices brings about homogenisation of temperature and composition between strands in the above cases. This study also showed that agitation of the liquid at the end wall reduces the extent of stagnant zone in the tundish.     

双流连铸中间包流场优化方案的数值模拟

利用商业软件对武钢双流板坯连铸中间包原方案和优化方案进行了数值模拟,通过流场和停留时间分布曲线(RTD曲线)分析了各方案的中包流场特性,经水力学模型试验验证,其结果与数值模拟结果一致。研究表明,优化控流方案死区体积比Vd降至5.33%,比原方案降低了77.4%,平均停留时间Ta达到364.5s,比原方案增加了70.5s,优化后的中包流场更加合理,有利于夹杂物去除,该优化方案是适合双流板坯连铸中包的控流方案。     

三流中间包结构优化物理模拟

通过物理模拟的方法对某钢厂三流中间包进行结构优化。结果表明，原型中间包由于挡墙正前方开有小孔，易导致短路流现象的发生。此外，导流孔倾角小且其方向正对边部水口，导致钢液直接从边部水口流出，停留时间较短，死区比例也高达41.08%。对原型中间包导流孔进行优化后，最优方案“U9 T1”的流体停留时间由原型的346.50延长至451.83 s，死区比例降至22.29%，降幅高达45.74%。这有利于中间包内体积利用率的提高，对实际生产具有重要指导意义。     

六流中间包钢液流动行为水模实验研究

课题源于中间包流场的改进,目的是净化中间包钢水以及改善钢水的温度分布.通过水力学模型进行模拟,实验表明影响六流中间包流场的导流孔的主次因素顺序为:导流孔孔径>导流孔倾角>导流孔高度.导流孔高度150ram、倾角30°、孔径25mm时流场最优.     

Design of single element flow control device in twin strand billet tundish for continuous casting of steel using flow simulation model

Abstract

An optimal single element flow control device (SEFCD) is proposed in the present study for a small capacity twin strand tundish, to produce steel billet with the desired cleanliness, designed by means of numerical experimentation. To achieve this goal, a mathematical model based on the SOLA-SURF technique and the k-? (where k is the kinetic energy of the fluid and ? is its dissipation) two equation turbulence model has been developed to simulate the fluid flow phenomena of molten steel, as well as the mass transfer phenomena of tracer during steady state operation in the tundish. The accuracy of the mathematical model has also been verified by water model experiments, which indicate that the mathematical model is sufficiently accurate and suitable as a tool to develop an optimal SEFCD as required in the present study. Several SEFCD designs have then been evaluated using the mathematical model. The simulated results show that a billet tundish with a high, long, trough shaped pouring pad arrangement has the highest residence time, which promotes inclusion removal, and is thus considered the optimal SEFCD design for the billet tundish.