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%。     

通道式钢液过滤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×1 300 mm板坯连铸63.27 t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%。     

带过滤器63t中间包钢液流场的物理和数学模拟

通过采用几何相似比0.29:1的水模型和数学模型分别对(a)湍流抑制器和挡墙+坝(原结构),(b)湍流抑制器,挡墙+坝和过滤器,以及(c)湍流抑制器,挡墙和过滤器3种结构两流板坯连铸中间包钢液流场、温度场和夹杂物运动轨迹进行模拟研究。结果表明,原中间包结构(a)活塞区体积偏小,死区体积偏大;加入通道式钢液过滤器(b)后短路流基本消失,中间包死区减小6.83%,钢液的平均停留时间由287.04 s延长至373.76 s,有利于夹杂物的上浮去除,且过滤器的加入对钢液的温降影响不大;用钢液过滤器代替挡坝(c)后优化效果最为明显,中间包钢液平均停留时间由287.04 s延长至404.26 s,峰值时间由原来的95,4 s延长至190.8 s,死区体积由36.10%减小至8.76%。     

两流板坯连铸58t中间包过滤器的水模型试验和应用

通过几何相似比0.29:1的水模型试验了湍流抑制器+挡墙+挡坝和湍流抑制器+挡墙+过滤器两种控流装置的钢液流动,研究了通道式过滤器对58t中间包钢液流场的影响。结果表明,原中间包（湍流抑制器+挡墙+挡坝）活塞区体积小,死区体积高达29.53%,优化中间包加入过滤器后（湍流抑制器+挡墙+过滤器）短路流基本消失,钢液的实际平均停留时间延长,死区体积由29.53%减小至13.52%。50t中间包,230mm×1100mm连铸板坯,拉速1.25~1.30m/min工业生产结果表明,使用过滤器后,中间包浇注区的夹杂物尺寸明显小于冲击区,中间包浇注区T[O]由原86×10^-6降至30×10^-6,连铸坯大多数夹杂物尺寸≤10μm,没有发现≥30μm夹杂物。     

中间包控流装置的物理模拟研究

根据相似原理,建立1∶3的物理模拟模型,通过正交试验考察了挡渣堰、导流坝组合控流装置对中间包流场的影响。研究结果表明,堰坝间距是影响流场的主要因素,优化控流组合方案为:挡渣堰距注入流中心线距离1 200 mm,挡渣堰下沿距包底距离500 mm,导流坝高度360 mm,堰坝间距300 mm.优化后中间包流场趋于合理,钢液在中间包内的停留时间延长,活塞流体积增大,死区体积减小.     

板坯连铸中间包挡坝结构优化的数学与物理模拟

通过几何相似比0.4的中间包水模型和Fluent数学模型对钢厂60 t二流板坯中间包不同结构挡坝下的钢液流动形态进行了分析。结果表明,中间包使用原结构-200 mm高无孔挡坝时钢液贴底流严重,且挡坝较低,对钢液提升作用不明显,不利于夹杂物上浮去除,浇注区形成较大死区。挡坝开向上15°两圆孔且高度增加至270 mm后,中间包内钢液滞止时间提高12.5%,死区减少36%,钢液在浇注区向钢液面流动,浇注区的死区和钢液温度分层现象基本消失。     

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。     

不同挡墙挡坝组合对两流中间包内流场的影响

在相似理论的基础上,通过水力学模拟对两流板坯连铸中间包3种不同挡墙挡坝组合形式下包内流场进行研究.试验结果表明:方案1(挡墙-挡坝-端挡坝方案)挡墙与挡坝间距不合理,端挡坝未起到控流作用致使中间包内流体平均停留时间、峰值时间短,死区比例较大(27.9%);方案2(挡坝-挡墙-端挡坝方案)显著改善了中间包内流场状况,全混流区及活塞流区比例增加,死区减小为21%;方案3(双墙双坝方案)由于增加一组挡墙延长了流体流动的路径,流体在中间包内的停留时间明显增加,死区比例最小(16.7%),同时微观电导率波动值也最小(0.025 ms/cm),为3种方案之最优.     

两流板坯连铸中间包结构优化水模实验研究

通过两流板坯中间包水模实验,研究了抑湍器以及不同控流装置的组合对中间包流动特性的影响.结果表明,合理使用抑湍器能延长开始响应时间,提高平均停留时间和活塞流体积.抑湍器和垱坝组合控流效果良好,且结构简单.由抑湍器、垱坝和挡渣堰组成的控流装置使中间包流场更加合理,优化后的中间包平均停留时间由原先的188 s提高到218 s,活塞流体积分数由3.50%提高到15.41%,死区体积分数由41.57%降低到32.15%.     

80 t两流板坯连铸中间包挡墙结构优化研究

根据国内某钢厂两流板坯连铸80 t中间包现场工艺及结构,在分析了其控流装置下的中包流场的基础上,研究了双层湍流抑制器下,挡墙位置和高度对中间包内流体流动特性的影响.结果表明:双层湍流抑制器下,挡坝距长水口2 000 mm,高400 mm时中包流场最合理,且抑湍器和坝组合控流装置结构简单,避免了钢水对堰等其他中包控流装置冲刷而污染钢水影响铸坯洁净度.对比优化前后的包内流体流动特性,平均停留时间由292 s提高到380 s,死区比例由37.3％降低至18.5％,活塞区与死区比值由0.35增大至0.65,有利于钢液温度和成分的均匀,增大了夹杂物上浮去除的几率,有助于提高铸坯洁净度.     

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。     

二流T型23 t中间包控流装置的数值模拟和结构优化

通过计算流体力学软件FLUENT建立的数学模型对钢厂200 mm×1 600 mm铸坯二流T型23 t中间包现挡墙和坝、湍流控制器和坝、湍流控制器和现挡墙以及新挡墙4种结构方案进行三维数值模拟,研究原中间包及安装不同控流装置后的钢水流动特性。结果表明,在所有的设计方案中安装有湍流控制器和坝的中间包能够达到最佳优化效果;中间包的死区体积分率由30.18%降到16.51%,活塞流区与死区的体积分率比R_Vp/Vd由55.80%增大到129.44%;中间包内流动稳定,有利于夹杂物的上浮。     

板坯连铸单流中间包控流装置优化模拟研究

采用水力学模型试验,对太钢不锈钢板坯连铸单流中间包流场进行了模拟研究,并通过数值模拟进行验证,研究结果表明:该钢厂原型中间包流场存在严重问题,中间包内存在明显短路流现象,死区比例较大,钢液混匀效果差;通过正交优化试验得出最佳坝堰因素水平组合方案,使中间包流场得到改善;采用中间包气幕挡墙代替坝优化方案,使中间包流场得到进一步改善.根据水力学模型试验和数值模拟计算结果,结合钢厂实际情况,建议单流连铸中间包采用气幕挡墙代替坝的技术工艺,对于太钢不锈钢板坯中间包气幕挡墙最佳工艺参数:距离堰1 150 mm附近,底吹气量控制在120 L/min左右.     

控流装置对板坯中间包流场优化的影响

根据相似原理,用1:3水模型研究了230 mm×130 mm板坯连铸用60 t中间包内钢水的流动特征,通过测定模型中间包内停留时间分布曲线,计算其平均停留时间及死区,活塞区和混合区的体积。结果表明,采用下挡墙开孔能有效地改善中间包内流场,得出优化后合适的钢包控流装置组合为开孔下挡墙+湍流控制器,下挡墙高133 mm,距离冲击区765 mm。优化后的中间包比原中间包平均停留时间增加了24 s,死区体积由原来的14.8%下降至6.7%。     

中间包控流装置优化的数值模拟及生产应用

以钢液停留时间分布曲线(RTD曲线)为评判标准,利用数学模拟方法,对某钢厂中间包控流装置进行优化设计。结果表明:将原型中间包的挡墙和挡坝间距增大,可以延长钢液平均停留时间,活塞区比例提高了17.15%,死区比例降低了2.2%。目前优化后的包型在现场稳定应用,以管线钢为例,夹杂物合格率提高了5%以上,明显提高了中间包的冶金功能。铸坯大样电解结果表明,优化后的中间包利于夹杂物的上浮去除,夹杂物总量平均为原包型的41.75%。