连铸中间包内湍流控制器控流过程的数值模拟

采用ANSYS-CFX软件,针对宝钢4#连铸机中间包结构和操作工艺参数,进行了流动与传热耦合过程的三维数值模拟,并用水力学模拟进行验证。分析比较了无任何控流装置和有控流装置下的钢水流动以及RTD曲线,结果表明：设置湍流控制器可以使中间包内钢水流动死区减少,活塞区增大,更有利于夹杂物的去除。     

通道式中间包非等温流场的数理模拟与优化

为了研究通道式中间包内部结构及非等温条件对流场的影响,通过对中间包通道的位置、角度和岔口的角度进行优化设计,确定了中间包通道的最优设计方案。并采用传统的数值模拟与水模拟试验结合先进的测速手段,基于非等温水模拟试验,对中间包内的速度场、涡量场和RTD等表征参数进行了定量研究,探究非等温条件对中间包流场的影响。结果表明,中间包内通道加热显著影响中间包流场分布,强化了中间包内湍流分布的范围及强度。由水模拟时均化结果可知,非等温条件下的液面最大流速为0.06 m/s,相对于等温条件增大了50%。经过方案对比,主通道位置在通道中心纵向距底部为150 mm高度处,与底面夹角为3°,且岔口与主通道平面呈30°仰角的结构为通道式中间包最优的设计方案。     

不同形式稳流器对中间包冶金效果的影响

以某厂六流T型对称中间包为原型,计算其在4种不同外形结构稳流器的条件下,稳态浇注过程中钢液流态、温度场分布的变化,并通过RTD曲线定量分析此不同状态下的钢水混合特性。采用多相流动追踪换包操作时,中间包内钢-渣相界面的波动行为,从不同角度探讨稳流器的外形结构对中间包内钢水流动的影响。结果表明不同外形结构稳流器能不同程度地影响中间包冶金效果,每一种稳流器在不同考虑层面上都有其优势和劣势,“墨水瓶型”稳流器在耐火材料使用寿命和钢液界面波动上均表现最佳。     

连铸中间包内夹杂物去除机理的水模型研究

通过选择乳状液滴模拟夹杂物和连铸中间包水模型实验,考察了控流装置、浇铸速度及夹杂物粒径对中间包内夹杂物去除行为的影响规律.结果表明:挡墙-挡坝组合控流去除夹杂物效果最佳,中间包内强湍流区夹杂物的碰撞、聚合以及向上和表面流速的增加是主因;中间包注流区加入冲击槽,虽然其流体流动特征发生改变,但对夹杂物去除率的影响并不显著;浇铸速度较高时,仅靠控流装置的优化已不能很好地改善夹杂物的去除效果.     

优化高拉速板坯连铸中间包控流装置的水模型和数值模拟

通过建立模拟高拉速板坯连铸中间包内钢液流动的水模型和数值模拟,研究了挡渣墙、坝和抑湍器等控流装置对中间包内流体流动特性的影响.结果表明,有无冲击板对中间包流动特性的影响不大,抑湍器与单墙双坝的合理搭配对中间包内夹杂物有效去除的流动特性十分重要,否则会起负面影响.提出了一个控流结构优化设计的方案.     

板坯中间包控流装置优化的数值模拟

以某钢厂板坯连铸中间包为模型,利用数学模拟方法,对中间包内钢液流场进行研究。采用正交试验法研究了堰坝距离、坝的高度和堰的插入深度对中间包内钢液流场及RTD曲线的影响,得出各因素对活塞区体积的影响程度及最佳控流装置组合,为现场提出了控流装置的优化方案。优化后中间包活塞区由62.23%提高至70.75%,死区比例由7.11%降至5.75%,明显提高了中间包的冶金功能。     

中间包流场控制技术的进展

合理控制中间包的流场有利于促进钢液中夹杂物上浮、均匀钢液成分和温度。水模型试验和数值模拟是两种主要的中间包流场研究方法,各有优缺点应相互补充。数值模拟成本低廉速度快,但受限于边界条件的不确定性和湍流模型的局限性难以完全真实反映中间包内的流场。水模型试验能够较为准确地模拟中间包内流场,但无法准确模拟温度场、水口结瘤、覆盖剂和吹气等对中间包流场的影响。研究表明,湍流控制器对降低长水口钢液射流的湍动能、均匀钢液温度和成分、聚拢射流让其转向向上流动降低死区体积分数、延长平均停留时间和优化流场结构具有很好的作用。湍流控制器、堰、坝和导流挡墙合理组合,协同发挥的控流效果,优于单一控流装置的效果。合理调节堰与包底距离、挡坝高度、堰与挡坝距离、堰与出流口距离、挡坝开孔的个数、尺寸和角度,可以优化中间包流场,促进夹杂物去除。气幕挡墙对钢液进行气洗可以提高钢液洁净度。环形气幕挡墙解决了条形气幕挡墙夹杂物去除率低、且不稳定的问题,提高了夹杂物去除率。最后,中间包流场数学模型精细化,并考虑连铸过程中更多工艺与边界条件的影响是未来发展的趋势。对于中间包流场研究的特定问题,针对性设定优化指标,会使得优化研究工作事半功倍。水模型试验作为中间包控流技术的另一种重要研究手段,同样越趋精确化,不断有研究者以提高试验精度为目的在试验方法和测量原理上进行探索和创新。     

连铸中间包挡墙水力学模型实验研究

介绍了攀钢集团成都无缝钢管有限责任公司进行的圆管坯弧形连铸机中间包水力学模型实验研究情况。根据相似理论,用水模拟钢液在中间包内的流动特征,据此设计挡墙或坝,测定在不同方案下中间包内钢液的停留时间分布曲线以及夹杂物的捕集率,分析影响中间包内钢液流动的因素以及挡墙（坝）的合理设置。     

30 t对称四流小圆坯中间包结构优化

为了优化某钢厂30 t对称四流小圆坯中间包的冶金效果,以该钢厂当前使用中间包为原型,根据相似原理,利用水模型模拟对其内部控流装置进行优化,测量不同情况下中间包的RTD曲线,进而计算出中间包内钢水的峰值时间、死区比例等指标。结果表明,原型中间包的中间包冶金效果不佳,根据优化方案,导流板每面开双孔时,较优方案为方案3,此时中间包死区比例为10.96%;导流板每面开单孔时,较优方案为方案18,此时中间包内死区比例为8.74%,但此中间包冶炼结束时,中间包内留钢量较大,经济成本较高。综合来看,使用双孔较优方案最佳。     

A numerical simulation for mini-mill Tundish design —effects of FC pad on tundish flow characteristics

A numerical analysis of fluid flow in a mini-mill continuous casting tundish has been carried out. The major concern has been focussed on validating the possibility of the use of an FC (Flow Control) pad under the ladle shroud in the tundish. For this purpose, steady state modeling to find flow patterns and non-steady state approaches calculating residence time distribution (RTD) curves for different tundish configurations have been chosen in the present study. Both calculated flow fields and predictions of tracer dispersion have been compared with the results of water model experiments.     

中间包流场数值模拟

针对邯钢三炼钢8机8流方坯连铸机中间包,通过建立数值模型,研究在设置挡渣墙和坝前后以及不同的挡渣墙情况下,中间包内钢水流场规律,并通过RTD曲线分析了连铸中间包内挡渣墙和坝对其钢液流场的影响,为优化方坯中间包钢水流场积累了很好的技术经验。     

电磁净化中间包中钢液流场及传输行为的水模拟研究

采用水模试验,通过流场示踪技术得到电磁净化中间包中的钢液流场形貌,并对圆形腔不同钢液转速下中间包中钢液停留时间曲线进行了测定分析。结果显示,电磁净化中间包的流场比传统中间包的流场复杂:在圆形腔中,旋转运动抑制了大包水口至矩形腔的短路流,而在矩形腔中形成水平环流,从而延长钢液在中间包的平均停留时间,死区减小,电磁净化中间包的上述流场结构及传输行为对钢液中的非金属夹杂物去除非常有利。     

四流H型感应加热中间包控流装置设计

针对国内某特钢厂新上的四流H型双通道感应加热中间包,为改善中间包内流体流动状态,设计了倒八字型与V型两种控流装置。应用数值模拟的方法对两种不同控流装置下的中间包流场、RTD曲线、温度场进行了模拟。结果表明,倒八字型控流装置平均停留时间1 469.6 s,死区体积比5.83%,边部水口与中间水口的最大温差3 K;与V型控流装置相比,平均停留时间延长了41.9 s,死区体积相应降低了4.09%,边部水口与中间水口的最大温差减少了2 ℃。湍流抑制器+倒八字型控流装置设计能更好改善四流大方坯H型双通道感应加热中间包流体流动性。     

底吹气量对中间包钢液流动影响的数值物理模拟

利用水模型和Fluent软件对某厂两流板坯连铸中间包底吹气进行数值物理模拟,研究吹气量对中间包流场的影响.研究得出,不出现卷渣的临界吹气量为0.10 m3/h,此时中间包液面的最大流速达0.45 m/s.未吹气中间包液面的最大流速为0.24 m/s,吹气显著延长钢水在中间包内的峰值时间,但滞止时间和平均停留时间无明显延长.     

板坯连铸异型中间包卷渣水模型实验研究

为改善连铸板坯质量,通过水力学模拟研究了中间包内钢液的流动,并测量了在非稳定浇注条件下避免钢液卷渣的中间包内钢液的临界高度,确定了在中间包内设置抑湍器、坝和堰的混合控流方案。结果表明：中间包设置控流装置后,平均停留时间增加,有利于夹杂物的上浮;同时确定了中间包卷渣的临界高度。     

小方坯连铸中间包流场数值模拟与分析

为了研究不同形状湍流抑制器及不同种类开孔挡墙对中间包流场流动特性及温度分布均一性的影响,以10流小方坯连铸对称双中间包为研究对象,通过Fluent软件对单边5流中间包流场进行数值模拟分析。研究结果表明,湍流抑制器可有效降低注流区湍流的产生,且中间包挡墙的形状和开孔的调整对浇注区各流出口流场及温度场的变化具有较为明显的影响作用。根据数值模拟结果,通过计算云图及指标对比得出了适用于本中间包尺寸及外形条件下的优选控流元件,并由现场实际温度的测量进行了验证。     

基于中间包冶金工艺优化对钢液温度场的研究

以首钢82B连铸凝固传热过程为研究对象,应用FLUENT数值模拟软件对首钢中间包结构优化,研究其对铸坯凝固传热和铸坯凝固质量的影响。研究表明：中间包结构的优化改造,通过减小纵向侧壁钢液液面高度处内壁宽度,适当减小中间包两端的体积,从而减小死区,优化中间包内钢液流动和温度场分布。有利于保持钢液流场的稳定,降低钢液对耐材的侵蚀和钢液中夹杂物的含量,夹杂物的控制保证了82B在拉拔过程中质量缺陷的发生。     

五流中间包稳态及非稳态试验

为改善国内某钢厂五流中间包流场,降低非稳态换包过程的负面影响,获得高品质洁净钢,通过水模拟试验进行稳态及非稳态换包过程的研究。试验结果表明,采用方案3的稳流器结构对该中间包稳态浇铸的流场更加有利,该试验条件下的死区体积比例为10.46%;非稳态换包过程的最佳工艺条件为换包液位350 mm、充包流量12 m3/h。     

Optimization of flow control devices in a tenstrand billet caster tundish

The physical model of a ten-strand billet caster tundish was established to study the effects of various flow control devices on the melt flow. Before and after the optimization of the melt flow, the inclusion removal in the tundish was evaluated by plant trials. The physical modeling results show that when combined with a baffle, the turbulence inhibitor, instead of the impact pad, can significantly improve the melt flow. A turbulence inhibitor with a longer length of inner cavity and without an extending lip at the top of the sidewall seems to be efficient in the improvement of the melt flow. Various types and designs of baffles all influence the flow characteristics significantly. The "V" type baffles are better than the straight baffles for flow control. The "V" type baffle with four inclined holes at the sidewall away from the stopper rods is better in melt flow control than the one with one inclined hole at each sidewall. The combination of a well-designed turbulence inhibitor and an appropriate baffle shows high efficiency on improving the melt flow and an optimal proposal was presented. Plant trials indicate that, compared with the original tundish configuration in prototype, the inclusions reduce by 42% and the inclusion distribution of individual strands is more similar with the optimal one. The optimal tundish configuration effectively improves the melt flow in the ten-strand billet caster tundish.     

三流连铸中间包钢水流场的数学物理模拟

应用商业软件CFX及水力学模型,对三流连铸中间包钢水流场进行了模拟研究,分析比较了原型中间包和改造后中间包内钢水的流动状态。结果表明:数值模拟与水力学模型结果相符;原型中间包内存在明显的短路流,死区比例大,均超过了50%;通过改造中间包控流装置后,中间包内钢水流动状态得到了明显改善,死区体积比例大大降低,死区比例均控制在20%以内,最低的仅为9.41%。通过现场试验发现:中部水口出口与边部水口出口的钢水温差最大值由改造前的5℃减小到2℃;事故率明显降低,达到了预期的冶金效果。