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钢液湍流流动,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,通过仿真结果来说明适用于大断面连铸生产的设备要求及工艺选择。     

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。     

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.     

方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场的数值模拟

对方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,分析了不同电流强度、电流频率、结晶器铜管以及结晶器内水套对电磁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,模拟结果与实测结果一致;并得出采用合适的电磁搅拌参数可以在结晶器内获得合理有效地电磁搅拌强度,从而可以更有效地改善铸坯的质量.     

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.     

Numerical simulation of fluid flows in a slab continuous casting mold under electromagnetic stirring

This study established a three-dimensional mathematical model to determine the fluid flowin a slab continuous casting mold under an electromagnetic stirring force. The flowstructure and distribution were studied with respect to different continuous casting parameters and stirring current. Based on the calculation results,the mold flux entrapment index in free surface and velocity uniformity index were used to evaluate the flowfield in the mold. The theoretical basis for the optimization of the flow field structure was provided. The study also suggested an optimization method for electromagnetic stirring parameters.     

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。     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场的数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件对240mm×280mm大方坯结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,系统研究了电磁搅拌参数对结晶器内磁场和电磁力的影响规律.结果表明:磁场在结晶器电磁搅拌器内产生的旋转电磁力在水平截面上形成一对力偶,驱使钢液顺时针旋转;结晶器高度方向上磁场分布呈\     

小方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

借助有限元分析软件ANSYS,对150mm×150mm小方坯连铸结晶器电磁搅拌在电流为150A,频率变化情况下的钢液内部磁感应强度和电磁力进行了数值分析,并分析了结晶器厚度对钢液内部磁场的影响以及不同时刻钢液内部电磁力的分布。模拟结果表明,在结晶器电磁搅拌时,同一个断面上,4个角部的磁感应强度最大;随着频率的增加,钢液内部磁感应强度降低,钢液边部电磁力在4~5Hz时最大;钢液内部的电磁力在1个周期的不同时刻,形成了同一个方向的力偶,在这个力偶的作用下,完成了对钢液的搅拌;结晶器厚度对钢液内部磁场影响很大,厚度增加,钢液内部磁感应强度降低。     

Physical modeling and numerical simulation of electromagnetic stirring in a slab continuous casting mold

Through physical modeling and numerical simulation,the flow field in a slab continuous casting mold with electromagnetic stirring is measured under different casting parameters and stirring currents. To qualitatively evaluate the flow field in the mold,two indexes,i. e.,mold flux entrapment and velocity uniformity,are proposed.Based on these two indexes,some optimized stirring parameters under different casting conditions can be determined.     

结晶器电磁搅拌在小方坯连铸上的应用

简要介绍了结晶器电磁搅拌在福建三钢炼钢厂5#小方坯连铸机上的应用.理论分析并结合福建三钢的冶炼条件选择结晶器电磁搅拌,在长期的生产实践过程中对结晶器电磁搅拌参数进行优化,实践表明对减轻品种钢的碳偏析以及减少中心疏松和提高产品的低倍质量均有明显的效果.为进一步发挥电磁搅拌在冶金生产中的作用,提出有必要在现有的结晶器电磁搅拌的基础上增加末端电磁搅拌系统.     

小方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数优化

通过不同电磁搅拌参数条件下结晶器内轴向和径向磁感应强度的测定,得到电流为510 A、频率为3 Hz时结晶器内的磁感应强度值相对较大,结晶器内在径向上的磁感应强度变化较一致,磁场的分布均匀.方坯断面的低倍照片等轴晶测定结果表明,频率为3 Hz及电流为510 A时,铸坯等轴晶率也最大.