单流中间包结构优化及夹杂物去除数值模拟研究

针对单流中间包连铸过程中流动状态不佳、钢液夹杂物含量较高等问题,提出了中间包控流装置的优化方案,采用数值模拟和水模试验研究了不同控流装置情况下中间包钢液流动行为及平均停留时间分布等特征。结果表明,最佳控流装置参数：堰距长水口距离1 090 mm,堰高度180 mm,坝堰间距260 mm,高坝高度340 mm时中间包钢液流场优化及夹杂物去除效果最佳。对比原方案中间包,优化后中间包钢液平均停留时间和活塞区均有所增加,死区降低7.14%;夹杂物平均去除率达到68.7%,较原方案平均去除率提高6.6%。     

基于数值模拟的七流中间包控流装置设计

中间包内钢液流动行为是影响后续铸坯凝固质量的重要因素,因此,设计合理的中间包控流装置显得十分必要。以某钢厂新设计的七流"T"形中间包为研究对象,根据"T"形中间包结构特点和七流中间包的几何尺寸设计了四种不同的控流装置,并通过数值模拟的方法对各控流条件下中间包内的速度场、温度场和夹杂物去除效果进行系统分析,发现采用控流方案C时,各流间流动均衡性较好;中间包内最大温差和各流出口极限温差分别为9℃和0.4℃,温度非常均匀;同时,夹杂物去除率达89.12%,是适用于现场的一种理想控流方案。     

板坯中间包内钢液流动特性

通过开展中间包控流装置布置的正交试验,研究了反应器结构对钢水流动行为的影响.着重探讨了不同尺寸中间包的控流装置布置规律及其对钢液流动行为和夹杂物去除的影响,定量化得到了双流板坯中间包控流装置布置与死区体积和结构影响因子D的关系.实验结果分析表明：中间包内部分活塞流体积不利于夹杂物去除,死区体积可准确反映钢液的洁净度水平;出水口抽吸作用对钢液流动行为影响较大,挡坝布置在距出水口1000-1300 mm时钢液流动形态较好,夹杂物聚集导致的水口结瘤率低至7.5%;0.0035<D<0.0085时,可获得板坯中间包在普通拉速下的流场特征与挡坝相对位置的关系;中间包内钢液与夹杂物的相对运动速度为大于6×10^-5m·s^-1时,夹杂物的上浮速度较大.     

板坯中间包内钢液流动特性

<正>普遍认为连铸过程中钢液的流动行为严重影响着铸坯质量。中间包作为连接钢包和结晶器的分配器,可调节钢水的流动形态。钢包射流在中间包内引起钢液的湍流流动、旋涡流动和回流等现象,影响钢中夹杂物上浮被渣吸附去除的效果。北京科技大学学者通过开展中间包控流装置布置的正交试验,研究了反应器结构对钢水流动行为的影响。着重探讨了不同尺寸中间包的控流装置布置规律及其对钢液流动行为和夹杂物去除的影响,定     

水平连铸中间包内钢水流动的水模型研究

依据实际Φ120 mm圆坯水平连铸过程中15 t中间包原型,采用模型与原型之间1:1.5的相似比建立了水模拟系统,对原型中间包内钢液的流场进行了评估,并研究了中间包控流装置对中间包内钢液流动特性影响。结果表明,使用湍流控制器能显著降低中间包中死区比例,但对最小停留时间延长有限;使用导流槽和低坝显著延长钢水在中间包内停留时间,促进夹杂物上浮。     

提高中间包冶金效率的研究与实践

通过建立物理模型对单流板坯连铸机中间包流场进行模拟,优化中间包控流装置。研究了挡墙、挡坝的数量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,提出了最优的"抑湍器+单挡墙+双挡坝"方案,使成品夹杂物含量大幅降低,明显提高了中间包的冶金效率。     

单流中间包结构优化及工业试验

通过采用相似比为1∶2的水模型对某厂中间包控流装置进行全因素正交试验,研究了下挡墙高度与位置对中间包流场的影响规律,找到最优的控流方式,并在现场进行了优化前后工业对比试验。研究结果表明:合理的下挡墙位置与高度组合对中间包内钢液流动行为有着重要作用,将原型中间包下挡墙向注流区移动1 m后(B15方案),中间包平均停留时间较原方案提高14.3%,死区体积较原方案下降了10.58%,滞止时间较原方案增加了11.8%,并且包内钢水的流动状态得到较大改善;同时中间包后期w(T.O)较原型下降47.3%,铸坯中大型夹杂物含量下降了62.3%,优化后几乎没发现尺寸大于300μm大型夹杂物,铸坯中全氧含量控制较稳定,夹杂物去除效果得到明显改善。     

两流非对称中间包结构优化与应用研究

采用水模型实验、数值模拟相结合的方法分析了原型中间包和优化中间包在钢流流场、中间包流动特性方面的差异.结果表明:优化中间包2#水口平均停留时间延长了8.0%,两水口流体平均停留时间之差下降了36.3%.流体在优化中间包内流动轨迹更加复杂,延长了流体在中间包内停留时间.通过工业实验证实了优化方案的可行性.工业试验表明:采用圆形湍流控制器加单挡墙组成控流装置的原型中间包,两水口钢液平均温差为5℃,浇注得到的钢坯试样中,140~300μm夹杂物数量为0.7 mg;而采用非对称长方形湍流控制器加多孔挡墙组成控流装置的中间包,两水口钢液平均温差为3℃或2℃,约为原型中间包两水口钢液平均温差的1/2;浇注得到的钢坯试样中,140~300μm夹杂物数量为0.2 mg,约为原型中间包的1/3.说明采用非对称长方形湍流控制器加多孔挡墙组成控流装置的中间包对两水口温度的均一性起到了显著作用,且更能有效地去除钢液中的夹杂物.     

中间包等离子加热工业试验

控制中间包内钢水温度变化是提高生产率和产品质量的有效方法之一。中间包等离子加热能够弥补浇注过程中钢水温降,稳定钢水温度,提高铸坯质量。对某厂中间包等离子加热进行工业试验研究。采用三中空石墨电极等离子加热装置对中间包内钢水进行加热。通过两组中间包等离子加热试验,探究等离子加热对中间包内钢液温度变化和钢液成分及夹杂物特征的影响。结果表明,等离子加热中间包内钢水升温效果明显,升温速率可实现0.8 ℃/min,同时也能够使钢水温度保持稳定;等离子加热后中间包内钢水全氧含量下降,氮含量基本不变,碳含量略有升高;加热后钢液中夹杂物的数密度明显降低,分别下降了7.43%和19.68%。中间包等离子加热可稳定中间包内钢液过热度,促进了氧化物夹杂的上浮去除,提高了铸坯质量。     

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%。