连铸结晶器液面波动的模拟

基于Fr-We相似特征数,通过相似比例为0.6的水模型实验,系统地研究了拉速、浸入深度、吹气量、水口直径和侧孔倾角对结晶器液面波动的影响.结果表明:结晶器液面波动是由于气泡的逸出、流股对液面的直接冲击和驻波综合作用造成的;结晶器液面波随吹气量的增加而增大,拉速、浸入式水口的浸入深度、直径及侧孔倾角对液面波动的影响具有双重性.     

静磁场控制板坯连铸结晶器液面波动

 用Pb Sn Bi低熔点合金进行了热模拟实验,研究了在静磁场作用下板坯连铸结晶器内的液面波动行为。实验结果表明可应用静磁场控制结晶器内金属液面的波动,且磁场对表面波动的抑制作用有一最佳值,即磁感应强度为05 T时液面平均波动最小。为此,为了减少由于液面波动引起的连铸板坯中的卷渣缺陷,有必要在一定的浇铸条件下优化磁感应强度。吹入氩气加剧了表面波动,且随着氩气流量的增加扰动加大。施加电磁制动能够使吹入氩气引起的液面波动受到显著的抑制。     

本钢板坯连铸结晶器液面波动原因分析及防止措施

通过对本钢230mm×1600mm板坯连铸结晶器液面波动的成因分析,提出了采用合适的包晶钢结晶器保护渣、降低结晶器冷却强度、增大二冷区上部冷却强度等解决板坯连铸结晶器液面波动的措施。     

电磁搅拌作用下板坯连铸结晶器熔池液面稳定性研究

液面波动是连铸过程的重要问题。推导了电磁搅拌作用下板坯连铸结晶器熔池液面稳定性指数(F)的函数表达式,分析了电磁场、结晶器、水口、浇铸速度等对F数的影响,评估了实际连铸系统工艺参数的稳定性。主要结果:(1)基于自由射流理论,建立了电磁搅拌下板坯连铸结晶器液面稳定性指数的理论公式;(2)各连铸参数按照影响液面稳定性由大到小排序依次是:磁感应强度、水口浸入深度、拉坯速度、板坯宽度、搅拌频率、水口倾角等;(3)对于厚度为230 mm的板坯连铸,现有各种板宽—拉速匹配下的F数均处于3~5之间,但在宽板宽—低拉速时参数优化的稳定性空间更大。     

连铸结晶器内液面波动行为的大涡模拟

构建一种描述连铸结晶器内自由液面波动行为的大涡模拟,验证数学模型预测流场的准确性,研究连铸结晶器内瞬态流场和自由液面波动,定量解析结晶器液面波动的波高、速度和湍动能。结果表明:连铸结晶器内流场具有非稳态特征,影响着自由液面瞬态波动。自由液面在SEN水口和窄壁面中间位置处波动剧烈,SEN水口两侧液面波动的波高和速度在时空范围上呈现非对称性分布特征。     

板坯连铸结晶器自由液面波动的水模型研究

针对某板坯连铸机,采用1:1的水模型,研究了不同浸入式水口的侧孔倾角、不同拉速和浸入深度对自由液面波动、冲击深度和平均停留时间的影响.研究结果表明:板坯尺寸为1 750mm×230mm时,建议采用的最优工艺参数为浸入式水口的倾角为向下15°,拉速为1.2～1.4 m/min,浸入式水口的浸入深度为200～250 mm.     

方坯连铸过程中拉速波动对结晶器液面波动影响的研究

通过从现场S20C中碳钢小方坯24 h连铸生产的结晶器液面波动和拉速波动数据,绘制了结晶器液面即时位置、液面波动曲线和拉速波动曲线,并用薄铁片测量了结晶器液渣层的厚度和形状。讨论了拉速波动对结晶器液面波动的影响。结果表明,结晶器液面波动随拉速的增加或降低而变剧烈,拉速变化在一定程度上影响了结晶器液面波动,但不是惟一的影响因素。     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以150 mm×(1 600～3 250) mm宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了一个三维有限体积模型,采用多相流的VOF模型对结晶器内保护渣-钢液界面波动进行数值模拟,重点研究了拉速、水口倾角、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度、拉速的增加,液面波动明显增大;采用较大的水口倾角,可以抑制液面波动,减少卷渣.     

板坯连铸结晶器流场及液面波动的水模研究

以我国实际生产的某连铸结晶器为原型,建立1∶1有机玻璃水模型,研究了不同结晶器断面、不同中间包液位下,板坯连铸结晶器流场形态和结晶器液面波动情况,研究发现中间包液位的变化对结晶器液面流场和波动产生影响;同时中间包液位改变了水口出口的压力和流速,进一步影响结晶器流场和液面波动.实验工况条件下,最佳中间包液位的稳定高度为800 mm.建议生产过程稳定控制中间包液位,以提高连铸坯质量.     

吹氩连铸结晶器液面波动行为的时频分析

时频分析是一种研究波动信号特征、揭示波动现象内在机理的有效方法。将时频分析方法应用于吹氩连铸结晶器内的液面波动特性研究,采用水模型试验获取液面波动数据进行时频分析,研究吹氩量、拉速、水口浸入深度和结晶器宽度等工艺参数对液面波动行为的影响,探究液面波动的内在机理。结果表明,振幅较高的频率集中在0～2.5 Hz,其中振幅最大的主频率位于0.1 Hz附近,此外1.5 Hz和2.5 Hz处也存在较高的峰值;通过时域分析发现,增大吹氩量和拉速、或减小水口浸入深度和结晶器宽度将加剧液面波动;通过频域分析发现,拉速、水口浸入深度、结晶器宽度与液面波动主频率有较强的关联性,说明三者均与液面波动的主要振动源高度相关。     

电磁搅拌作用下连铸结晶器内液面波动行为

电磁搅拌对连铸结晶器内钢液液面波动有重要的影响。以某钢厂直径为250 mm 连铸圆坯结晶器及电磁搅拌器的相关参数为原型,采用湍流模型与多相流模型相结合的方法对电磁搅拌作用下连铸结晶器内钢液液面波动行为进行研究,分析了电磁搅拌作用下钢液液面产生变化的成因。研究结果表明：电磁搅拌作用下钢液液面呈旋转抛物面,与无电磁搅拌作用下的液面截然不同;电磁搅拌作用下钢液液面波动实质上是电磁搅拌电磁力作用的结果。水口附近液面波动会随着电磁搅拌强度的增大而增强,达到一定值时出现卷渣现象。在实际生产过程中,为获得较好的搅拌效果,应考虑结晶器内的液面波动及卷渣行为。     

结晶器内钢液面波动分析与控制

通过水模试验对邯郸钢铁集团有限责任公司邯宝炼钢厂连铸结晶器液面波动原因进行分析。结果表明,随着板坯连铸机拉速提高、吹氩量增加、铸坯断面的增加,结晶器钢液面波动量增大;随着浸入式水口浸入深度增加和水口出口角度增大,结晶器内钢液面波动量减小。选择合适的拉速、恒速浇铸、优化浸入式水口形式和浸入深度、保持适当的吹氩量、执行标准化操作,可以降低结晶器钢液面波动量,提高连铸坯质量。采取优化措施后,结晶器钢液面波动量逐渐恢复到±3 mm以内,热轧卷板边部翘皮和夹杂缺陷比例逐月降低,缺陷率从2010年11月0.41%控制到2011年4月以后0.1%以下。     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以安钢宽板坯连铸为研究对象,采用大型商业软件ANSYSCFX10.0,应用VOF法重点研究浸入式水口倾角、拉速、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度从1800mm增大到3250mm,结晶器内液面平均波高明显降低.当宽度为1800mm时,结晶器保护渣-钢液界面平均波高为5.33mm;当宽度增至3250mm时,平均波高为7.08mm.     

连铸结晶器内湍流大涡模拟

采用大涡模拟研究连铸钢水非定常湍流特性,比较了雷诺平均数学模型与大涡模拟数学模型对预测结晶器内钢水湍流运动的影响.模型采用一种低温液态金属模型的超声波多普勒速度仪（UDV）的测量结果进行验证,表明大涡模拟比雷诺平均模拟与实验测量结果更加吻合.瞬态湍流研究表明,大涡模拟优于雷诺平均数学模型,能够捕捉到水口附近高频率的湍流脉动现象.水口出流钢水区域内小尺度湍流结构起支配作用,射流以阶梯状上下摆动向结晶器内扩散.受湍流大尺度作用,结晶器内流场偏流现象始终存在,并且呈周期性变化,随着对流场时间平均的增加,结晶器内的不对称现象逐渐消除.     

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.     

连铸振动结晶器内液态保护渣消耗机理

通过引入材料学中变截面悬臂梁理论,计算了连铸结晶器弯月面以下初凝坯壳受力,分析了结晶器正弦振动条件下初凝坯壳变形行为,并阐明液态保护渣消耗机理.结果表明,保护渣消耗于正滑脱中后期至下一个正滑脱前中期,包括整个负滑脱时期,负滑脱中期渣道宽度是保护渣消耗的限制性因素.通过增大黏度、振频和振幅使负滑脱时期内保护渣消耗量降低,从而增大了正滑脱时期内渣耗占整个周期内渣耗的比重,使正滑脱时期成为保护渣的主要消耗期.反之,负滑脱时期为保护渣主要消耗期.     

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。     

连铸中间包上水口及浸入式水口结瘤物分析

水口结瘤一直是困扰连铸生产的问题,对连铸生产中发生结瘤的中间包上水口和浸入式水口从上到下做了全面的解剖分析,通过SEM、EDS、X-RD等手段对水口的结瘤物进行分析研究。结果表明,中间包上水口结瘤严重,钢水完全凝结;在浸入式水口渣线以上,发生了严重的结瘤,厚度约为16 mm,渣线下的结瘤较轻,结瘤物主要是Al2O3夹杂着钢水凝结而成,由于钢水中的酸溶铝含量较高,水口处Al2O3的富集使钢水凝结,堵塞水口。根据研究得出,中间包上水口和浸入式水口结瘤堵塞的原因为钢水酸溶铝含量较高,钢水在水口处温降过大、拉速过低等。     

浸入式水口倾角对宽幅连铸结晶器内流动行为的影响

浸入式水口出口角度影响射流的动能损失,进而影响结晶器内的流动行为.建立了比例为1 ∶ 4的水模型,在模型拉速为0.425 m/min、水口浸入深度为40 mm的条件下,借助粒子图像测速技术研究了浸入式水口出口倾角为0°和+5°对宽幅连铸结晶器内流动行为的影响.结果表明,0°和+5°水口条件下,射流在模型内的流动方式有很...