电磁搅拌下圆坯结晶器内卷渣现象的物理模拟

 以某钢厂[?500 mm]圆坯连铸结晶器为原型,基于相似原理,建立了1:1的物理模型,通过机械搅拌模拟结晶器电磁搅拌。在模拟电磁搅拌条件下,研究拉速、搅拌强度对结晶器保护渣覆盖剂的影响。试验结果表明,当搅拌强度稳定时,随着拉速的增加,液面波动会越来越剧烈,中心漩涡也会随着拉速增大而增大;当拉速稳定时,随着搅拌转速的增加,渣层波动加剧、水油界面变得活跃、液渣层厚度分布由均匀变为出现中心漩涡、转速大于60 r/min时,在壁面附近液渣层厚度为0,会发生裸钢现象,卷渣发生倾向增大。在使用电磁搅拌条件下,圆坯结晶器生产时拉速不超过0.45 m/min,搅拌强度为36～48 r/min时,钢渣界面活跃,有利于化渣,且不会出现裸钢现象,也不会发生卷渣。     

非稳态浇铸对结晶器卷渣定量影响的大涡模拟

 基于实际板坯连铸结晶器建立了耦合大涡模拟(LES)湍流模型和VOF多相流模型的三维数值模拟模型,讨论了不同结晶器浸入水口(SEN)结瘤程度和SEN未对中分布对结晶器内瞬态多相流场及卷渣行为的影响。通过用户自定义程序成功实现了不同工况下结晶器内卷入渣滴数量、大小、空间分布等信息的定量化预测,并得到了弯月面不同位置处发生卷渣的概率分布。结果表明,水口顺时针旋转5°的未对中分布下由于钢液射流更多地撞击宽面,导致弯月面近窄面处液位分布有轻微降低,液位波动也从理想状态下的±(6~7) mm降低至±5 mm以内。SEN结瘤对弯月面液位波动有较大影响,SEN左侧完全堵塞、右侧未堵塞情况下液位波动增大至±11 mm左右,而SEN左侧堵塞2/3且右侧堵塞1/3情况下弯月面液位波动则增大至±15 mm左右。理想工况下净卷渣速率为0.0130 kg/s,卷渣主要发生在弯月面四周以及流股碰撞处。SEN未对中布置工况下净卷渣速率轻微降低至0.009 3 kg/s,但宽面附近卷渣概率明显增大。SEN左侧完全堵塞且右侧未堵塞和SEN左侧堵塞2/3且右侧堵塞1/3情况下净卷渣速率则分别增大至0.045 5 kg/s和0.0670 kg/s;卷渣主要由过大的钢液流速对弯月面的剪切作用造成,且主要位于水口至1/4结晶器宽度的范围内。水口结瘤后不对称流动造成的旋涡增加,由此引起的卷渣也相应增加。     

基于双方程的大涡模拟分析连铸结晶器内钢液流动特性

针对大涡模拟结晶器内钢液流场时数据量大,建立基于k-ε双方程的大涡模拟数学模型结晶器内铜液湍流流动,对近结晶器壁面与远壁面区别计算,从而降低数据量.通过与经典模型对比,验证新数学模型的可行性.利用新模型对大断面结晶器内流场进行研究,分析不同工艺参数(水口张角、水口深度和拉坯速度)的变化对钢液湍流流动的影响,通过仿真结果...     

板坯连铸结晶器钢液卷渣现象研究

利用水模型研究安钢板坯结晶器内钢液的卷渣机理，得出其主要卷渣方式，并考察了水口结构参数及操作参数对卷渣的影响，提出避免卷渣的的改进措施。     

结晶器钢液卷渣指数的讨论

提出并讨论了卷渣指数的概念,指出其在板坯连铸中的应用。根据安钢板坯连铸结晶器的条件,通过水模试验研究了影响钢液卷渣程度的诸因素,这些研究结果可用于选择适宜的工艺参数,改进产品质量,降低生产成本。     

方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

根据麦克斯韦电磁理论,利用有限元分析软件ANSYS对240 mm×280 mm方坯结晶器电磁搅拌的磁场进行数值模拟。分析电流强度、电流频率及结晶器铜管等对搅拌器内磁场分布的影响,得到了磁场特性与电磁搅拌参数的关系。研究结果表明:旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生旋转电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动;磁感应强度随电流强度的增大呈线性递增;在低频搅拌条件下频率对电磁搅拌强度的影响较小,而铜管厚度对磁场强度影响较大;模拟结果与实测结果基本吻合。     

电磁搅拌结晶器钢液流场和温度场模拟仿真

建立了360 mm×450 mm方坯连铸结晶器电磁搅拌作用下结晶器内钢液流场和温度场的三维数学模型,并应用模型分析了结晶器内钢液流场、温度场的分布特征。结果表明,采用电磁搅拌后,从浸入式水口流出的钢水在电磁搅拌的有效区由垂直向下转变为水平旋转,形成旋转流动的主流区,且在主流区上方的钢水形成由中心向下和由凝固面一侧向上的环流,在主流区下方的钢水形成由凝固面一侧向下和由中心向上的环流。同时,钢水在电磁搅拌作用下流动方向由垂直向下变为水平旋转,使从浸入式水口流出的过热钢水的侵入深度变浅,轴向温度迅速降低,而径向温度升高,凝固前沿的温度梯度增大,有利于传热和促进凝固坯壳的均匀生长。     

连铸结晶器内钢液流动的研究进展

连铸坯的表面和内部缺陷与结晶器内钢液的流动状态密切相关。为提高钢铁产品的质量,国内外的冶金工作者对于结晶器内钢液的流动状态做了大量的研究工作。本文总结了其国内外的研究现状,比较了国内外的差距,分析了存在的问题并提出了未来的发展方向。     

结晶器电磁搅拌对重轨钢大方坯中心碳偏析的影响

根据 2 80mm× 380mm重轨钢大方坯的试验数据 ,并采用回归分析探讨M IMES结晶器电磁搅拌的电流强度和拉速、过热度等连铸工艺参数与铸坯中心碳偏析的关系 ,结果得出 ,随电流强度的增加 ,中心碳偏析指数下降 ,并具有较好的线性关系     

不锈钢板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为模拟及卷渣分析

基于湍流模型与多相流模型的耦合,应用液面追踪技术(VOF),实现了对不锈钢板坯连铸结晶器内流体流动及钢/渣界面行为的模拟计算,并用水模拟结果进行了对比验证,在此基础上计算出实际的钢/渣界面特征及界面上钢/渣行为.通过分析水口的侧孔形状、出口倾角、水口浸入深度、结晶器宽度以及拉速对钢/渣界面特征及界面上钢/渣行为影响规律,指出了钢/渣界面行为与卷渣是密切相关的,进而探讨了钢/渣界面及卷渣形成的机理.     

结晶器电磁搅拌改善重轨钢连铸坯内部质量的试验研究

针对攀钢大方坯连铸机投产初期重轨钢连铸电磁搅拌冶金效果不明显的问题,开展了优化重轨钢连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的现场试验,对比研究了电磁搅拌电流对重轨钢铸坯中心疏松、中心偏析、等轴晶率等内部质量的影响,制定了满足攀钢重轨钢连铸工艺要求的电磁搅拌工艺制度.生产应用表明,重轨钢连铸坯内部质量明显提高,铸坯中心区等轴晶率由18.8%增至36.2%,中心疏松≤1.5级,中心偏析≤1.0级,中心缩孔≤1.0级,连铸坯轧成重轨的内部质量和力学性能能够满足时速350 km高速铁路用钢轨的要求.     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

对大方坯连铸结晶器电磁搅拌过程的流场和温度场进行了数值模拟,并讨论了搅拌强度对流场和温度场的影响。结果表明：在结晶器电磁搅拌下,搅拌器区域的钢液变为水平旋转,使从水口向下吐出的钢水与向上回流的钢水流股相冲突,流股侵入深度变浅,从而使轴向温度迅速降低,径向温度升高,提高了热区位置,有利于传热;搅拌强度越大,钢水的二次流现象越明显,热区位置越高。     

连铸结晶器电磁搅拌磁场及钢液流场模拟

 建立了大方坯连铸结晶器电磁搅拌条件下电磁场及钢液流场数学模型,开发了相应的Visual Cast仿真软件,并应用软件模拟分析了大方坯连铸结晶器内磁场、电磁力分布及双侧孔浸入式水口条件下结晶器内钢液流场的分布特征。结果表明,结晶器内磁场分布均匀,并沿横断面水平旋转,电磁力的旋转周期为磁场旋转周期的一半。电磁搅拌改变了结晶器内流场形态,减小回流区和冲击深度,有利于促进钢液中非金属夹杂物上浮排除,提高大方坯洁净度。     

扇形段电磁搅拌对U71Mn重轨钢质量的影响

在采用有限元分析软件全面计算了大方坯在连铸过程中的温度场分布、凝固末端的位置的基础上,确定了扇形段电磁搅拌器的安装位置.并在现场进行了结晶器搅拌和结晶器 扇形段电磁搅拌对U71Mn钢组织的影响的研究.组织和成分检验表明,同一炉钢搅拌流比无搅拌流中心疏松更加弥散化;有扇形段搅拌比无扇形段搅拌的铸坯在中心偏析、夹杂物分布有不同程度的改善;搅拌流的中心部位碳峰值明显减小,碳偏析指数降低1.7%～12.5%;铸坯成分偏析的方差值减小9.4%～38.3%.     

连铸结晶器电磁搅拌技术

闻述了连铸结晶器电磁搅拌的冶金功能、存在问题及相应地改进措施。在此基础上,提出了攀钢新建大方坯连铸机应采用结晶器 凝固末端电磁搅拌(M F—EMS)的复合型搅拌技术、开展结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究的建议。     

重轨钢连铸结晶器电磁搅拌技术应用研究

针对大方坯连铸机投产初期重轨钢连铸电磁搅拌冶金效果不明显的问题,开展了优化重轨钢连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的现场试验,对比研究了电磁搅拌电流强度对重轨钢铸坯中心疏松、中心偏析、等轴晶率等内部质量的影响,制定了满足攀钢重轨钢连铸工艺要求的电磁搅拌工艺制度.生产应用表明,重轨钢连铸坯内部质量明显提高,铸坯中心区等轴晶率由18.8%增至36.2%,中心疏松≤1.5级,中心偏析≤1.0级,中心缩孔≤1.0级,中心碳偏析指数≤1.05,连铸坯轧成重轨的内部质量和力学性能能够满足350 km/h高速铁路用钢轨的要求.     

电磁搅拌技术在连铸生产中的应用

电磁搅拌的实质是借助电磁力控制铸坯液相穴中钢水的运动,强化钢水的传热,从而控制凝固过程。介绍了连铸过程中应用的电磁搅拌技术的主要作用及安装形式,提出了应用过程中存在的一些问题,概述了连铸电磁搅拌技术的发展方向。