通道式感应加热五流中间包流场的水力学模拟

 通道式感应加热能有效补偿连铸过程中间包钢水的温降,且具加热效率高、设备简单等优点,是近年来得到快速推广应用的中间包新技术。配置感应加热器后的中间包结构与常规中间包差异较大,其加热通道的设计对中间包流场具有明显影响。针对实际应用的某5流直通道感应加热中间包边部流和中间流温差大、钢水浇铸过热度偏高的问题,通过水模拟试验对该中间包流场进行优化,提出了一种新型的分口通道方案。该方案可将中间包的死区比例由原型的29.50%降低到20.33%,钢水平均停留时间较原型延长了40 s。工业试验表明,分口式新型通道设计中间包各流浇铸温度一致性得到改善,其中边部流和中间流的平均温差较原型降低了3.6 ℃,实现了感应加热中间包应用效果的进一步提升。     

非对称中间包稳态浇铸与换包操作的冶金效果

为合理评价并优化工业用三流非对称中间包的冶金效果,在对该中间包4种控流方案下稳态浇铸过程流场、温度场数值分析的基础上,通过RTD曲线定量分析了中间包不同控流方式下的钢水混合特性,并应用VOF模型追踪了换包操作时的钢液面行为。结合实际工况特点,从稳态和非稳态两方面研究了增设控流装置前后中间包的冶金性能,实现了对其实际浇铸条件下冶金效果的全面评价。结果表明,无控流装置的原型中间包结构不尽合理,存在明显的短路流,死区比例较大,钢水温度分布不均匀,且各流一致性差,易导致铸坯质量差异。导流隔墙组合湍流抑制器的控流方案可大大改善稳态浇铸时中间包流场及温度分布状况,包内死区比例较原型降低13.28%,3个出口温差仅为0.5K,各流一致性显著提高。然而,此方案在换包操作时可能出现钢液面速度较大及液面波动现象,易导致钢液暴露、二次氧化乃至发生卷渣,应注意换包时间及其液面高度和入口流量的控制。     

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。     

单流厚板坯连铸中间包结构优化

针对鞍钢一炼钢的厚板坯连铸中间包,采用冷态物理模拟方法,对中间包的控流装置进行了优化,对实际中间包钢水流动建立了数学模型,得到中间包优化前后钢液流动的速度场。实验结果表明,原结构的中间包的控流装置和布置位置不合理。中间包采用湍流控制器和结构优化后,提高了钢水在中间包的停留时间,死区体积明显下降。实际应用的结果表明,中间包结构优化后,中间包钢液、第1和第3块铸坯试样中的平均夹杂物面积比明显下降。     

八钢十机十流小方坯中间包流场优化与实践

文章介绍了应用三维湍流流动的数学模型及计算机模拟技术,对八钢十机十流小方坯连铸中间包流场和温度场进行的数值模拟研究。通过研究找出最优的中间包内部控流结构,提高钢液在中间包内的平均停留时间,减少各流间出口钢水温差。优化后的方案在42Cr Mo A钢的生产实践中取得了良好效果。     

板坯连铸38 t扩容中间包控流装置优化的数值模拟和应用

通过数值模拟,对钢厂250 mm×2 000 mm板坯连铸原29 t扩容至38 t中间包进行控流装置优化。研究了挡墙、挡坝的个数和位置对中间包内钢液流场及停留时间分布(RTD)曲线的影响,综合考虑了中间包冶金效果及生产成本,为现场提出了稳流器+挡墙+挡坝控流装置的最优设计方案,该方案使中间包活塞区比例达到77.1%,死区比例降至4.2%。现场采用该结构后非稳态浇铸期间生产的管线钢非金属夹杂物合格率由88%提高到95%,明显提高了中间包的冶金功能。     

非对称控流结构中间包流场一致性的物理模拟

国内某钢厂使用的两流板坯连铸中间包因受固定位置排渣口的限制,包内控流装置采用左右不对称布置。生产实践发现,排渣口侧的水口对应铸坯大型夹杂物含量高、热轧卷探伤合格率低,疑与中间包流场的一致性有关。为此,采用1∶3.5的水模型对中间包流场进行了模拟研究,并基于流体动力学原理对其控流效果进行了优化。结果表明,原型中间包两个水口的滞止时间差高达36 s,钢液在排渣口侧的1号水口形成短路流,因而导致两流铸坯洁净度的差异。经水模优化后,方案F1下两流平均停留时间标准差和滞止时间标准差分别可降到0.12和0.35 s,明显改善了中间包内两流浇铸流动特性的一致性,且死区比例较原型降低8.87%、平均停留时间延长了30 s。     

非稳态浇铸下提升引流砂去除率的模拟研究

针对某5机5流圆坯连铸机存在多炉连浇时铸坯质量不稳定，尤其是换包过程中氧化性的引流砂不断污染钢水、影响钢液洁净度的问题，以5流中间包为研究对象，分别通过热力学计算和水模拟试验研究了引流砂对钢液质量的影响，提出了改善引流砂流动行为的优化方案。结果表明：开浇过程引流砂会导致钢液氧含量的增加，降低钢液的洁净度；非稳态浇铸过程中，引流砂进入钢液内部发生卷渣，其去除率与长水口插入深度、钢包流量以及中间包液面有关，当大包流量为3 m³/h,长水口浸入深度为160 mm,中包液面为400 mm时，引流砂去除率最高为94%;优化后的控流装置方案改善了引流砂的流动行为，其去除率最大达到了99.5%,且稳态浇铸时，各流响应时间和平均停留时间散度较小，各流一致性提高，有利于均匀钢水的成分和温度。     

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。     

高拉速下单流中间包流场优化研究

用水力模型和数值模拟方法对高拉速下镀锡板单流中间包流场特性进行研究。水力学模型采用脉冲响应法测定RTD曲线,分析中间包内流动模式;数值模拟应用Fluent商业软件对中间包流场和夹杂物进行模拟分析,并确定优化方案。优化方案中间包钢液平均停留时间由340.7 s增加到545.3 s,增加了60.1%;死区体积比Vd由46.0%降至13.6%,比原方案降低了70.4%;中间包内显微夹杂物和外来夹杂物的去除率大幅提高。     

中间包钢水温度控制研究及优化

为了提高中间包温度合格率,减少连铸机拉速波动,根据首秦现有工装设备条件,分析了中间包温度合格率较低的原因,研究了精炼周期、浇铸断面、工艺路线以及钢包状况对钢水温降的影响,同时总结出连铸中间包烘烤、开浇钢水温度变化以及浇钢过程钢水温度变化规律。通过提高优质钢包的周转数量、规范操作并精确控制精炼吊包温度、保持连铸中间包钢水温降稳定,使钢水中间包温度合格率达到92%以上,铸坯内部质量也得到一定改善。     

提高20~#管坯质量的研究

通过对钢液凝固时其气泡和非金属夹杂的形成机理分析 ,以及中间包内钢水流动数学模型研究 ,发现中间包的结构与操作对 2 0 #连铸管坯质量具有较大影响。因此 ,对其结构与操作进行了改进 :改善结构 ,以减少钢水冲击 ,提高钢水滞留时间 ,均匀钢水质量 ;改进钢水流入、流出操作 ,避免钢流与空气的直接接触 ,减少二次氧化 ;降低连铸时的钢水过热度 ,通过这些措施 ,2 0 #钢管坯的质量取得了显著提高     

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。     

不锈钢连铸中间包外壳倾角对流场影响的水模拟试验和应用

根据相似原理,通过建立24 t中间包1:2水力学模型对单流板坯24 t中间包的外壳倾角(15°和8°)对钢液流动状态的影响进行了研究,并用数值模拟对水模拟结果进行定性验证。结果表明,原型中间包外壳倾角(15°)太大,浇铸区死区体积达到33.9%,平均停留时间短并且温度分布不均匀;通过采用优化的中间包外壳倾角(8°),死区体积降低了56.3%,平均停留时间提高了33.5%,并且使得浇铸区温度分布更加均匀。经过10炉工业试验后结果表明,外壳倾角8°优化后中间包钢水温度的波动明显降低,夹杂物出现频率亦显著降低。     

三流非对称中间包流场水模拟研究

在保证产量的情况下,为使夹杂物充分上浮去除,钢水温度均匀,进一步提高某钢厂320 mm×480 mm连铸方坯的生产质量,针对三流非对称中间包,设计1∶3水模拟试验和数值模拟,进行不同拉速和有无挡坝的研究。通过速度场和温度场的数值模拟以及不同拉速下的水模拟,可以发现,随着拉速的增加,三个水口的停留时间减小,并且三个水口的停留时间有一定差距。添加挡坝后随着拉速的增加,平均停留时间减小得更为缓慢。速度场和温度场的分布规律并不随拉速的变化而变化,但拉速的增加会使中间包内的速度和温度上升。     

降低大方坯中间包临界液面高度工艺研究

中间包底部水口附近结构和流场形态影响中包临界液面高度。通过在中间包底部水口附近加抑流件的水模型优化实验及工业试验,确认了加抑流件可以降低中包临界液面高度,在工业生产中抑流件使用是安全的,中间包合理停浇液面对尾坯纯净度无影响。     

特殊钢的连铸

特殊钢一般含有一定的合金元素,冷却凝固状态不同于普通碳素钢,在连铸坯中更易产生成分 和组织偏析,和表面裂纹等缺陷。所以冶炼特殊钢时应提高钢水的纯洁度,减少夹杂物含量和改善夹杂物形 态,连铸时采用钢液二次氧化和污染,以减少铸坯低过热度(10～15℃)浇注和保护浇铸技术,防止成分和组 织偏析,提高铸坯表面质量和内部致密度。叙述了连铸保护浇铸技术,中间包冶金,电磁搅拌、凝固末端轻压 下特殊钢连铸专用覆盖剂、保护渣和自动化技术。讨论了特殊钢连铸工艺参数,存在的问题和对策。     

基于数值模拟的五流感应加热中间包流场优化

中间包配置感应加热器后的结构与原型中间包结构差异较大,不宜使用常规添加挡墙、挡坝或稳流器的方式优化流场.针对国内典型5流通道式感应加热中间包分流过热度高及边部流和中间流的温差大等问题,设计了改进方案,并通过数值模拟方法研究了不同结构的流钢通道对中间包流场和温度场的影响.结果表明,带有变径的分口式流钢通道的结构最佳,依此...     

中间包钢水温降控制措施优化

分析了连铸中间包钢水温度控制的影响因素,通过采取优化钢水罐分类、制定合理的精炼钢水温度控制标准、优化生产组织节奏、改善中间包的保温效果及校正测温系统等措施后,中间包钢水温降在0.5~0.9℃/min的过程能力指数C_(pk)由0.46提高至0.85,因中间包钢水温度不达标造成连铸机拉速波动的频率由73罐/月降至12罐/月。