宽板坯连铸结晶器内液面波动的水模型研究

以某厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,采用1∶1水模型进行实验,研究了拉速、浸入深度、水口倾角、水口出口面积等工艺参数对结晶器内流场和液面波动的影响,以优化工艺参数,为在实际生产中减少卷渣提供依据.结果表明:随着结晶器宽度、拉速的增加,液面波动明显增大;采用较大的水口出口面积和浸入深度,可以抑制液面波动,避免卷渣.     

板坯连铸结晶器保护渣卷渣及其影响因素的研究

对板坯连铸结晶器保护渣卷渣进行的水力学模拟研究结果表明,主要有三种类型的卷渣,即窄边附近的剪切卷渣、浸入式水口附近的旋涡卷渣和水口吹入的氩气泡上浮冲击钢渣界面引起的卷渣.拉速增加、减少浸入式水口浸入深度、减小水口出口倾角和增加吹入的Ar流量均会加大表面流速和液面波动,增大结晶器内卷渣的倾向,而其中拉速增加对卷渣的影响最大.当结晶器宽度为1 900 mm、采用1.4 m/min的拉速时,选择向下25°的水口出口角度、250 mm的水口浸入深度和10 L/min的Ar流量可将板坯结晶器内流场的表面流速和液面波动控制在合理的范围内,从而减小和避免结晶器内卷渣.     

板坯连铸机结晶器钢液卷渣的水模型研究

针对安钢超低头板坯连铸机结晶器液面卷渣现象 ,用 0 6∶1 0水模型 ,研究了水口浸入深度 30mm、6 0mm和 110mm时 ,铸坯拉速 1 0～ 0 7m min、水流量 2 6 2 4～ 18 4m3 min范围内水口浸入深度、拉速对结晶器内钢液卷渣程度的影响。提出卷渣指数J =V·h (t·H) ,式中V 拉速 ;h 1 10大波值 ;t 开始卷渣时间 ;H 水口浸入深度。结果得出 ,为防止安钢板坯结晶器液面卷渣 ,当水口浸入深度为 110mm时 ,拉速应≤0 90m min ;浸入深度 6 0mm时 ,拉速应≤ 0 85m min ;J应 <1 37× 10 - 2 mm s2 。     

板坯连铸结晶器内液面波动的水模型研究

以某厂板坯连铸结晶器为原型,采用1:1的水模型进行试验,以瞬时波高为判断依据,研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面结构等工艺参数对板坯结晶器内流场和液面波动行为的影响.提出了优化结晶器流场的工艺参数,为在实际生产中减少结晶器内卷渣提供了依据.结果表明:拉速对板坯连铸结晶器内液面波动的影响最大,水口倾角...     

宽板坯连铸结晶器内钢水流动的数值模拟

以150mm×1600～3250mm宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了1个三维有限体积模型,对结晶器内钢液的流动进行数值模拟.研究了拉速、浸入深度、水口倾角、断面宽度等工艺参数对结晶器内流场和窄面冲击压力的影响.结果表明:随着拉速的增大,表面流速和钢液对窄面的冲击压力都显著增加,采用较大的水口倾角和浸入深度,可以抑制液面波动,减少卷渣.     

宽板坯连铸结晶器内卷渣现象试验研究

结合宽板坯连铸结晶器的4种断面尺寸,采用1:1水模型进行试验,研究了浸入式水口吹气量、水口浸入深度、水口吐出孔数、水口底部形状、拉速和结晶器断面宽度等工艺参数对结晶器内流体流动行为的影响情况,观察到结晶器内水口周围有旋涡卷渣和液面扰动卷渣,断面1/4区域是液面扰动卷渣,窄面区域有"类旋涡"卷渣和剪切卷渣.结果表明,结晶器内的卷渣与各种工艺参数是相关的,对工艺参数进行优化,就可减少卷渣的发生.     

板坯连铸结晶器内钢液表面流速水模研究

以某厂板坯连铸结晶器为原型，采用1：1的水模型进行模拟实验，研究表明：增加拉速、减小水口的浸入深度、减小水口出口向下的倾角以及增加水口的吹气量均会增加结晶器内钢液的表面流速、增大结晶器内卷渣的倾向，其中拉速的增加对表面流速的影响最大。     

板坯连铸结晶器水模型试验研究

针对我国某钢厂的板坯连铸结晶器,采用1:1的水模型研究了拉速、水口浸入深度、水口出口倾角以及结晶器宽度对结晶器液面波动和表面流速的影响,并对这些工艺参数提出了一些优化建议.     

连铸浸入式水口结构优化的水模型试验

以济钢板坯连铸结晶器为原型,采用几何相似比为1∶1,弗鲁德准数与原型相等的水模型进行试验,研究了不同拉速条件下,不同浸入式水口的侧孔倾角和出口尺寸对板坯结晶器内流场和液面波动行为的影响。结果表明:拉速一定的条件下,随着水口侧孔倾角和出口尺寸增大,液面波动减小,上、下涡心位置离结晶器窄面越近且冲击深度增加。综合考虑,选用侧孔倾角为5°、出口尺寸为100mm×65mm×R32.5mm的水口。     

薄板坯连铸漏斗形结晶器内卷渣行为物理模拟

针对高拉速下薄板坯连铸结晶器内的液面卷渣问题，建立了1∶1水力学模型，采用水/真空泵油模拟钢/保护渣介质，研究了连铸拉速、水口插入深度、保护渣黏度对漏斗形结晶器内液渣层变化及卷渣行为的影响。结果表明，随着拉速提高，结晶器内液面波高升高，液面高度自窄边向水口方向逐渐降低，液渣层厚度相应由薄变厚，导致结晶器窄边附近钢液裸露；结晶器内窄边至水口之间1/2处波高变化较大、液面流速最大、易发生剪切卷渣。在试验条件下，采用增加水口插入深度、降低最高拉速、适当提高保护渣黏度等方法，使液面速度小于0.486 m/s的临界流速、液面波动指数F数小于5.45,可防止结晶器内产生剪切卷渣。然而，这些手段不能避免结晶器内水口附近的旋涡卷渣，这是因为薄板坯连铸钢通量大以及漏斗形结晶器和鸭嘴形水口容易形成负压旋涡造成的。     

吹氩板坯连铸结晶器内钢水流态

 采用1[∶]1水模型和工业插钉法研究了吹氩板坯连铸结晶器内钢水流态,并讨论了通钢量、吹氩量、水口浸入深度与水口结构对结晶器流态的影响。水模型结果发现,结晶器内宏观流态主要包括双股流和单股流,钢水通量和吹氩量是影响结晶器内钢水流态的决定性因素。为得到双股流,应采用高通钢量和低吹氩量,缩小断面、增大浸入深度和使用凸底水口有利于双股流形成。基于水模型结果,为维持结晶器内双股流态,在实际浇铸中提出减少连铸过程吹氩量低于临界吹氩量,在宽断面和低拉速下使用凸底水口等措施。工业插钉试验结果与水模型吻合较好,这表明水模型结果可指导现场浇铸实践。     

Cyclic Turbulent Instabilities in a Thin Slab Mold. Part II: Mathematical Model

Mathematical simulations are employed to describe short- and large-scale flow distortions observed in a water model of a thin slab mold using a submerged entry nozzle (SEN) located at deep and shallow positions, operating at two casting speeds of 5 and 7 m/min. Two types of meniscus oscillations are identified; the first (high frequencies) has a relatively long life and short length scales, whereas the second (low frequencies) has a short life and its length scales are similar to those length scales in the mold. It was found, by turbulent flow principles, that the high-oscillation frequencies of the discharging jets are the same as those of the oscillating meniscus. Therefore, the discharging jets transfer vibrating momentum, with frequencies of 1.1 to 5 Hz, to the two upper roll flows during long periods of time, inducing those meniscus oscillations. The large-scale and short-life oscillations originate a dynamic distortion of the flow, forming deep meniscus depressions, especially for a casting speed of 7 m/min with the SEN in a shallow position. These dynamic distortions give origin to rotational flows in the lower boundaries of both jets, below the SEN tip, and even in the recirculatory eyes of the upper roll flows. The time scale of low-frequency oscillations agrees with the time scale of the production rate of kinetic energy along the jet’s length. Their origin is linked to a kinetic energy unbalance by the generation of a negative production rate. Because the flow must keep its energy budget, the fluid will transport, through mean convection and pressure–viscous mechanisms, further increases of momentum transfer during a short time, giving place to those dynamic distortions. Because of their large length scale, these dynamic and energetic distortions are the most dangerous to slab quality.     

薄板坯连铸结晶器内涡流及卷渣行为的研究

利用1／4水模型对薄板坯连铸结晶器内的涡流及卷渣行为进行观察研究。在实验中考察了水口形状、水口浸入深度和浇铸速度等对漩涡及卷渣行为的影响,并考察了偏流以及在水口与结晶器宽面之问加翼片,阻止结晶器表面流股相互流动的漩涡（卷渣）现象。     

宽度对板坯连铸结晶器液面特征影响

 由于订单日趋多样化,连铸过程中板坯宽度需要经常变化,同时由于浇铸周期的限制,通钢量一般维持不变。因此,固定通钢量研究铸坯宽度对流场的影响并采取相应控制策略有较大现实意义。采用1[∶]1水模型和工业试验研究了固定通钢量前提下宽度对板坯连铸结晶器内钢水液面特征的影响。水模型结果显示：宽度从1 050增至1 900 mm时,窄面撞击点位置由距弯月面370增至510 mm,且上回流涡心高度下移。通钢量固定为3.6 t/min,宽度从1 050增至1 900 mm时,液面平均波高从4.4降至2.5 mm,表面流速从0.42降至0.15 m/s。工业试验结果表明,通钢量为3.6 t/min时,结晶器内液面波动与表面流速随铸坯宽度增大而减小,与水模型结果一致。因此,在实际浇铸过程中,结晶器液面控制应根据铸坯宽度动态调节。     

浇铸参数对结晶器液面波动影响及其工业应用

 板坯连铸结晶器液面的波动行为是结晶器内钢液流动、结晶器自身振动以及辊子挤压铸坯内部未凝固的钢液造成液面波动综合作用的结果。结晶器液位波动的稳定性对板坯连铸过程的卷渣行为有直接影响。在工业板坯连铸生产实践中,一般在结晶器某一区域(比如结晶器中部)利用放射源或涡流传感器检测液位波动来代表该工况下的整体波动水平。利用三维气液两相流动的数学模型研究了浇铸参数对结晶器液位轮廓的影响,浇铸参数包括拉速、吹氩流量、浸入式水口出口角度和浇铸断面。研究结果表明,结晶器不同宽度位置的波动幅值差异较大,且与工艺参数密切相关。液面的波峰与波谷之差随着拉速的增加在窄面附近逐渐增大,随着吹氩流量的增加在水口附近逐渐增大。在水口出口角度15°条件下,水口和窄面附近的液位波动均较大,而在水口出口角度45°条件下,仅在水口附近存在较大的液位波动。研究结果表明,使用板坯连铸常规的15°浸入式水口,当铸坯宽度大于800 mm时,结晶器液面检测需要在水口和窄面附近同时布置液位检测设备,以便更全面反应结晶器的真实液面行为,使液面波动对轧板表面质量指导性增强,有效提高连铸工艺的控制水平。如使用45°浸入式水口可以继续沿用原有的液位检测布置。     

插钉法研究板坯连铸结晶器液面特征

 采用可以同时获取板坯连铸结晶器内弧侧、厚度方向中心面和外弧侧液面信息的插钉板,通过在结晶器内连续插取,研究了板坯连铸结晶器液面特征。得到了结晶器内不同时刻、不同位置处液面高度;发现了连铸生产过程中内、外弧侧液位有差异,提出了对称流不仅只是以水口为中心结晶器左右两侧流场的对称,还应包括以结晶器厚度方向中心面为中心,内弧侧与外弧侧流场的对称;预测了该工况下结晶器内液面波动较大以及卷渣发生频率较高的位置为水口附近和窄面与宽度方向1/4之间液面流速较大的部位;验证了插钉试验不仅可以获得连铸结晶器内的液面流速,还可通过多次插钉试验研究液面波动特征,在传统的物理模拟和数值模拟方法之外提出了一种直接、接触式测量连铸结晶器液面轮廓进而研究液面波动的方法。     

板坯连铸结晶器内流场和温度场的数理模拟研究

以某钢厂板坯连铸结晶器（断面尺寸：240mm×1400mm）为研究对象,采用数值模拟和水模实验相结合的研究方法,模拟了两种水口浇注条件下结晶器内流场和温度分布状况。实验发现原有水口存在上循环弱,热交换慢,保护渣融化不均匀等缺点是铸坯出现表面纵裂纹的主要原因;而新水口增强了结晶器内上循环速度,改善了结晶器弯月面区域温度分布的均匀性。工业大生产应用结果表明,新水口能明显地降低板坯表面纵裂纹发生率。     

浸入式水口对结晶器钢水流动与液面波动的影响

以国内某钢厂220 mm×1800 mm板坯连铸结晶器为原型,根据相似性原理建立相似比为0.6的水模型,利用粒子图像测速技术(PIV)对比不同浸入式水口(SEN)的出口角度、浸入深度及水口底部结构条件下的结晶器内流场流速特征,同时使用波高仪对液面波动振幅进行实时监测,并结合F数分析各SEN条件对结晶器内钢液流动特征.研究发现,在各浸入式水口条件下,位于结晶器液面1/4宽面处附近出现矢量流速向下的剪切流,同时在水口附近发现不规则漩涡.试验结果表明:浸入式水口的出口角度、浸入深度的增加能够强化上回旋区缓冲作用,降低结晶器液面表面流速;尽管凹底结构SEN能减弱钢液湍动能,但其对1/4宽面处剪切流速度的影响不大.另外,液面波动幅度和F数变化规律一致,且当浸入式水口出口角度15°、20°,浸入深度135 mm、145 mm条件下波幅与F数最为合理,从而减小或避免液面卷渣,提高连铸坯质量.      

Transient Asymmetric Flow and Bubble Transport Inside a Slab Continuous-Casting Mold

A one third scale water model experiment was conducted to observe the asymmetric flow and vortexing flow inside a slab continuous-casting mold. Dye-injection experiment was used to show the evolution of the transient flow pattern in the liquid pool without and with gas injection. The spread of the dye was not symmetric about the central plane. The flow pattern inside the mold was not stationary. The black sesames were injected into water to visualize the vortexing flow pattern on the top surface. The changes of shape and location of single vortex and two vortices with time had been observed during experiments. Plant ultrasonic testing (UT) of slabs was used to analyze the slab defects distribution, which indicated that the defects are intermittent and asymmetric. A mathematical model has been developed to analyze the time-dependent flow using the realistic geometries, which includes the submerged entry nozzle (SEN), actual mold, and part of the secondary cooling zone. The transient turbulent flow of molten steel inside the mold has been simulated using the large eddy simulation computational approach. Simulation results agree acceptably well with the water model experimentally observed and plant UT results. The oscillating motions of jet and the turbulence naturally promote the asymmetric flow even without the effects of slide gate nozzle or the existence of clogs inside the SEN. The periodic behavior of transient fluid flow in the mold is identified and characterized. The vortexing flow is resulted from asymmetric flow in the liquid pool. The vortices are located at the low-velocity side adjacent to the SEN, and the positions and sizes are different. Finally, the model is applied to investigate the influence of bubble size and casting speed on the time-dependent bubble distribution and removal fraction from the top surface inside the mold.     

采用薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板的可行性分析

薄板坯连铸由于拉速高,结晶器容量小,结晶器钢水液面波动高度和表面流速显著高于传统连铸,因此容易造成保护渣卷渣,这是薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板钢种的主要困难所在。NUCOR、蒂森一克鲁伯等企业采用薄板坯连铸连轧工艺生产冷轧钢板的实践也表明,在表面质量方面与传统工艺产品尚有较大的差距。采用薄板坯连铸工艺生产优质冷轧钢种,应适当增加铸坯厚度,以降低拉速和增加结晶器对钢水流的缓冲作用,可采用120mm厚铸坯(结晶器出口),3m／min左右拉速。为了减少结晶器保护渣卷渣,应对中等厚度薄板坯连铸结晶器内钢水流动控制(SEN结构参数、SEN浸入深度、拉速等)、电磁制动、保护渣等开展深入的试验研究。