浸入式水口结构对180 mm×240 mm断面连铸结晶器内钢液流动行为的影响

为改善国内某钢厂高碳硬线钢铸坯的内部质量,以实际180 mm×240 mm方坯连铸结晶器为原型,基于相似原理,采用1∶1的物理模型,对比研究了直通型和侧分旋流型水口浇铸条件下的结晶器内流体流动行为。试验测定了不同拉速和水口浸入深度下结晶器内钢液的流股分布、液面波动及渣层状态。结果表明:旋流水口可有效降低流股冲击深度;相同水口浸入深度和拉速条件下,使用旋流水口的结晶器液面平均波高大于直通型水口;拉速和浸入深度对旋流型水口的液面波动影响明显,渣层波动也比直通型水口频繁。综合液面波动和渣层状态并考虑成本因素,旋流水口更适合浇铸该断面高品质铸坯,其适宜的工艺参数为拉速1.0 m/min、浸入深度120 mm,此时自由液面平均波高0.18 mm,渣层波动适宜,无卷渣和裸钢现象发生。将该水口配合结晶器电磁搅拌和二冷工艺应用于高碳硬线钢生产,得到的铸坯质量稳定,Φ5.5 mm盘条中心碳偏析不大于2.0级的比例达95%以上,疏松缩孔不大于0.5级的比例达100%。     

旋流水口对大断面圆坯结晶器流场的影响

针对国内某厂大断面圆坯连铸的工况条件,采用数值模拟的方法,初步设计了一种旋流水口。研究了传统直筒水口和新设计旋流水口时结晶器的流场;对两种水口同工艺条件下的结晶器液面、结晶器壁面以及结晶器内部流场进行了对比分析。研究表明,采用旋流水口更有利于钢液中夹杂物上浮去除;可促进结晶器液面的流动,有利于形成均匀的液渣层。     

旋流水口对圆管坯连铸结晶器内钢水流场的影响

借助于流体力学分析软件Fluent,在圆管坯连铸浸入式水口上施加电磁力,对结晶器内钢水产生电磁搅拌作用使模型水口出流成螺旋状态的钢水流场进行了数值模拟。结果表明:旋流式水口有利于改善结晶器内的流场,有效降低冲击深度,增大液流向弯月面区域的回流和热流上传,提高了液面的活跃程度,增强钢水表面融渣的效果。     

水口结构对连铸中低碳钢流场和温度场的影响

 为研究水口结构形状对连铸中低碳钢结晶器内流场和温度场分布的影响,采用有限容积法建立连铸圆坯三维数学模型,模拟了不同水口形状下圆铸坯的流场和温度场。结果表明,在水口浸入深度为80 mm、其他参数不变时,与直水口相比,旋流水口使钢水冲击深度降低,结晶器内涡流增强,弯月面温度和二冷区凝固率提高,且随着水口数量的增加,弯月面波高和结晶器出口温度降低;采用旋流水口并施加结晶器电磁搅拌(M EMS)时,结晶器中钢液温度升高,弯月面有卷渣行为,结晶器出口未形成凝固坯壳。在实际应用中,应避免同时使用M EMS和旋流水口,或使用旋流水口时采用低强度的M EMS。     

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。     

立式电磁制动对不同水口角度下连铸结晶器内流场的控制

利用Fluent软件模拟计算了常规板坯连铸和立式电磁制动板坯连铸过程,详细研究了不同水口出口角度结晶器内三维流场,为评价立式电磁制动技术的冶金效果提供理论依据.研究表明:常规连铸过程水口出口角度增加时,不利于夹杂物的上浮,影响铸坯质量;不同水口出口角度连铸过程应用立式电磁制动技术后,自由表面钢液流速、钢液主射流的运动速度和下回流区的冲击深度显著减小,利于稳定液面波动、减少卷渣、防止漏钢和促进夹杂物的上浮,符合立式电磁制动技术的设计思想.     

电磁搅拌作用下水口深度对液面波动的影响

 结晶器内液面波动会影响连铸坯的质量,施加电磁搅拌使钢液的液面呈旋转抛物面。电磁搅拌电流过大或拉速过高会造成保护渣卷渣现象,对铸坯质量造成不利的影响。以某钢厂[?]250 mm连铸圆坯结晶器电磁搅拌为研究对象,采用电磁-流体单相耦合的方式及流体体积函数VOF模型,建立描述结晶器电磁搅拌作用下液面波动的数学模型,研究电磁搅拌作用下浸入式水口深度对液面波动的影响。研究表明,通过增大水口深度,能够改善因电磁搅拌强度过大或拉速过大造成的卷渣现象,减小水口附近的液面波动。     

电磁搅拌对大圆坯结晶器冶金行为影响的探讨

 为了探究结晶器电磁搅拌(M EMS)对大圆坯结晶器内综合冶金行为的影响。以大断面圆坯连铸结晶器冶金行为为研究对象,基于电磁热流体与凝固传输理论建立三维耦合数值模型。揭示大圆坯连铸常用五孔水口浇注条件下结晶器内电磁场、流场、传热与凝固等综合冶金行为,提出电磁搅拌对结晶器冶金性能影响的多参量评价方法。以中碳铬钼齿轮钢650 mm大圆坯连铸为例,指出结晶器电磁搅拌存在最佳搅拌电流,可获得相对较好的综合冶金效果。具体表现为弯月面保持一定的切向速度和过热度,有利于保护渣的熔化和夹杂物的上浮去除;液面波动幅度在控制范围内,可避免卷渣、改善表面质量;结晶器内钢液过热得到有效耗散,有利于等轴晶形核改善铸坯内部质量;侧孔出流钢液速度得到有效控制,可抑制注流对初凝坯壳的冲刷,提高了初生坯壳生长的均匀性。此外,电磁搅拌产生的水平旋流强度也可得到有效控制,有利于避免常见的皮下白亮带现象。     

双条型磁极对连铸结晶器内钢液流动特性的影响

在可实现振动、水冷及拉坯的连铸模拟装置上,采用双条型磁极,分别用低熔点Pb-Sn-Bi合金和硅油模拟钢液和保护渣,对连铸结晶器内的液态金属的流动特性进行了实验研究.研究结果表明:双条型磁极的作用使连铸结晶器内的液态金属中产生了环形电流,能有效地抑制水口出流速度,消除和削弱水口出流对初生坯壳的冲刷;能够有效地抑制弯月面波动.但当磁场强度增大到一定程度时,磁场的作用效果增加不明显.     

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。     

方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液磁场分布数学模型

通过构建方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液磁场分布的数学模型,研究了钢液内磁场分布不均的特性,模拟了结晶器内不同切缝形式、磁场频率及液面高度等参数在渣膜存在的条件下对结晶器内钢液磁场分布的影响规律,并进行了模型验证.结果表明,铜壁对磁场的反射作用导致了切缝内的磁场叠加现象.渣膜的存在有利于改善钢液内磁场的均匀性.切缝应设计...     

连铸电磁旋流水口流体流动和夹杂物行为

采用数值模拟方法对连铸电磁旋流水口内流体流动和夹杂物碰撞长大行为进行了研究.数值结果表明电磁旋流水口出口处流体流动扩张角与低熔点合金实验值相符.旋转磁场对浸入式水口内壁夹杂物沉积行为存在两个相反的作用:一方面旋转磁场作用加强了水口壁面处钢液的湍流流动,加速了夹杂物在水口内壁的沉积吸附速率;另一方面水口内壁附近夹杂物在旋转磁场产生的旋流作用下易被携带至水口中心,削弱了水口内壁对夹杂物的黏附.在上述两方面因素作用下,钢液区存在一个最佳磁感应强度可使水口内壁夹杂物沉积速率降至最低,从而减轻水口结瘤现象.

     

薄板坯连铸漏斗形结晶器内卷渣行为物理模拟

针对高拉速下薄板坯连铸结晶器内的液面卷渣问题，建立了1∶1水力学模型，采用水/真空泵油模拟钢/保护渣介质，研究了连铸拉速、水口插入深度、保护渣黏度对漏斗形结晶器内液渣层变化及卷渣行为的影响。结果表明，随着拉速提高，结晶器内液面波高升高，液面高度自窄边向水口方向逐渐降低，液渣层厚度相应由薄变厚，导致结晶器窄边附近钢液裸露；结晶器内窄边至水口之间1/2处波高变化较大、液面流速最大、易发生剪切卷渣。在试验条件下，采用增加水口插入深度、降低最高拉速、适当提高保护渣黏度等方法，使液面速度小于0.486 m/s的临界流速、液面波动指数F数小于5.45,可防止结晶器内产生剪切卷渣。然而，这些手段不能避免结晶器内水口附近的旋涡卷渣，这是因为薄板坯连铸钢通量大以及漏斗形结晶器和鸭嘴形水口容易形成负压旋涡造成的。     

稀土钢连铸喂丝工艺存在的问题及对策

稀土钢连铸中间包和结晶器喂丝，生成的稀土氧化物使中间包覆盖剂、结晶器保护渣的使用性能发生变化，稀土夹杂物容易导致水口堵塞、结瘤。针对这些问题，建议研究开发稀土钢连铸专用中间包覆盖剂和结晶器保护渣，同时采取适当的措施防止水口结瘤的产生。     

旋流水口浇铸技术在大方坯连铸的应用研究

针对宝钢集团广东韶关钢铁有限公司铸坯等轴晶比例不能满足产品质量要求的问题,通过建立热流体动力学耦合数学模型,研究了旋流水口浇铸技术对大方坯连铸结晶器冶金性能的影响。结果表明,在相同浇铸过热度(均为25℃)工况下,结晶器出口中心处钢液过热度可降低10.62℃。应用实践表明,由于旋流水口的旋流与分离作用,渣对水口的侵蚀范围小、程度轻、钢液液面也更稳定、波动距离最小,具有良好的浇铸性能;采用旋流水口替换常规直通水口后,铸坯中心偏析等级由1.5降至0.5,中心疏松由1.5降至1.0,中心缩孔由1.0降至0.5,中心裂纹基本消失,等轴晶率由12.6%提高至36.8%;在使用M-EMS的情况下,采用旋流水口替换常规直通水口后,铸坯等轴晶率由39.7%提高至41.2%;另外,旋流水口对浇铸钢液的离心分离与搅拌作用可进一步提升M-EMS的冶金性能,减小C偏析指数的波动范围。     

薄板坯连铸关键技术应用综述

薄板坯连铸工艺相比传统工艺具备生产周期短、节约能源和生产成本低等明显优势,受到国内外广大钢铁企业的青睐。但由于拉速高导致结晶器内钢液湍流流动剧烈,结晶器出口坯壳厚度薄,严重时可能会导致漏钢,进而导致产生表面缺陷。为了改善这些缺陷,需要针对薄板坯连铸工艺的技术特点进行了解,采用CSP漏斗型结晶器、浸入式水口、电磁制动及结晶器振动等先进的技术,进而提升铸坯质量。     

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。     

板坯连铸结晶器电磁制动技术及其应用

叙述了板坯连铸结晶器中应用电磁制动技术的发展、研究状况。电磁制动技术可以控制结晶器内钢液的流动，减少结晶器保护渣的卷渣，有利于结晶器内夹杂物的去除，从而提高铸坯质量，并有利于提高铸坯拉速。研究结果表明电磁制动特性取决于板坯宽度、浇铸速度、氩气流速和浸入式水口(SEN)形状等浇铸参数，介绍了各种浇铸参数对电磁制动效果的影响。     

复合磁场作用下板坯结晶器内流场与温度场的数值模拟

提出了一种用于板坯流动控制的复合磁场,在弯月面附近施加电磁搅拌,在浸入式水口附近施加电磁制动,以形成对流场及温度场的复合控制.使用Fluent软件建立了结晶器内复合磁场作用下的钢液流场与温度场三维计算模型.通过与无磁场作用的钢液流动及传热行为进行对比,揭示了复合磁场对结晶器钢液流场和温度场的作用规律.结果表明:复合磁场...     

结晶器电磁制动技术的应用研究

论述了板坯连铸结晶器中应用电磁制动技术的发展、研究和应用状况。电磁制动技术可以控制结晶器内钢液面的波动,减少结晶器保护渣的卷渣,有利于结晶器内夹杂物的去除。鞍钢电磁制动的研究结果表明,电磁制动可降低液面波动50%以上,可提高目标拉速0.5m/m in。