连铸中间包内钢液流动与传热耦合过程的计算机模拟

在开发描述中间包全内钢度流动与热三维耦合数学模型的基础上，对实际中间包内的流动和传热和过程进行了计算机模拟仿真研究，考察有了／无流动控制情况下，自然热对流对中间包内钢液流动行为的影响，对流动控制装置的功能进行了分析与讨论。     

中间包内钢液流动,温度控制和夹杂物行为的数学模拟

本文介绍连铸中间包内钢液流动、温度分布和夹杂物行为等三元传输过程的三维体系数学模型及其部分计算结果．中间包内流动状态的计算结果与前人实测结果作了对照．建立中间包内各种冶金过程的综合数学模型并通过计算机进行仿真是改善中间包工作条件、提高连铸技术的有效手段．     

中间包冶金新技术——离心流动中间包

基于电磁搅拌技术的离心流动中间包对分离夹杂物以满足高效连铸时对钢水清洁度的要求具有十分重要的作用.对离心流动中间包的基本构成、工作原理、冶金效果及工业应用效果分别进行了阐述,说明了离心流动中间包对洁净钢水、提高铸坯及成品材表面质量具有良好的效果.     

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。     

离心中间包内钢液流动的数值模拟

采用数值模拟方法对离心中间包内钢液的流动结构及混合特性进行了研究,并用水模型结果进行了验证.流场的研究结果表明:旋转室内强烈的湍流极大地促进了夹杂物的湍流碰撞生长.另外,在旋转室切向出流的影响下,分配室内形成了较大的水平环流.环流的形成增强了钢液的混合程度,且延长了夹杂物沿着液面运动的距离,增大了夹杂物的去除机会.对钢液停留时间分布(RTD)的预测结果表明:由于钢液的旋转流动,离心中间包内的死区体积明显减小,活塞区及混流区体积增加,从而夹杂物的上浮去除率提高.     

连铸中间包内钢液流动、传热及夹杂物行为的研究

建立基于黏性流体力学的流体流动、传热及夹杂物传输模型,以首钢第三炼钢厂2号连铸中间包为研究对象,采用数值分析的方法,进行了连铸中间包内钢液流体流动、停留时间分布及夹杂物传输行为分析.     

六流连铸中间包内流动与传热耦合过程的数值模拟及控流装置优化

通过对六流连铸中间包内劝与传热耦合过程的数值模拟,说明了改进中间包的合理性,此外,本研究还进行了现场温度的实际测定。表明,模拟计算结果与实测值的趋势一致,优化后的中间包能更好地满足生产的要求。     

离心式连铸中间包内钢液流动特性的模拟

采用数值模拟对离心中间包内的钢液流动特性进行了研究,考察了分配室中挡坝的位置及旋转磁场强度对整体流场结构的影响,并通过试验验证了计算结果的可靠性.研究结果表明,当坝距较小时,分配室内形成了较大的水平环流,环流的形成有利于夹杂物的上浮去除.而当坝距较大时,分配室内的流场结构则呈现明显的非对称性,且随着坝距的增加,非对称越明显.这种非对称性的流场分布不利于钢液的混合,并导致了死区的形成.当磁场强度超过一定值时,磁场强度对钢液的整体流动形态无明显的影响.     

多流连铸中间包内钢液流动特性的分析模型

分析中间包内钢液的停留时间分布（RTD）曲线,从而定量描述其内流动特性的组合模型已被应用数十年,但对于多流中间包,目前还没有公认的流动特性分析模型．本文提出了针对多流中间包流动特性的分析模型,为多流中间包内的活塞区、混合区、死区体积分数的定量计算提供理论依据,并与已有的分析方法进行了比较．     

多流中间包流动特性分析模型

对于多流中间包的活塞流区、全混流区以及死区体积分数的计算,至今还没有一个统一模型,而上述体积分数是评价中间包流场分布的重要指标。根据多流中间包的各流之间的差异性提出活跃区影响因子以及死区影响因子概念,优化了多流中间包的计算模型,并且提出了各流之间的差异性判断参数。利用优化后的计算模型与以往的计算方法进行对比,得到的优化计算模型不仅可以计算活塞流区、全混流区以及死区体积分数,而且还可以得到各流之间的差异性程度。     

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。     

堰坝组合对中间包内钢液流动模式的影响

根据某钢厂实际连铸中间包的操作工艺参数,采用数值模拟的手段研究了中间包内钢液的流动模式,通过模拟中间包内钢液瞬态流动,来获取RTD-C曲线,进而计算关键参数值(活塞区体积分数、死区体积分数等)。运用正交试验设计分析了影响中间包内钢液流动的几种因素。合理的堰坝组合能够改善中间包内钢液流动状况,促进夹杂物上浮,降低死区体积分数。试验研究结果表明,控流装置的应用能很好地改善中间包内钢液流动;其中9号堰坝组合方案的中间包内钢液流动模式较合理,死区体积分数明显下降,钢液混合更为均匀。     

关于连铸凝固传热数值模拟中钢液有效导热系数的探讨

在建立板坯连铸一维非稳态凝固传热数学模型的基础上,考虑到液相区的流动和传热状态随拉坯方向的变化,研究了有效导热系数与固相导热系数的比值m（λeff/λs）的处理方法对计算结果的影响。结果表明,在相同的二冷条件下,m取不同的常数对模型计算结果影响很大。在相同的二冷条件下,将m取为常数和取为随拉坯方向变化的变量都可以得到相同的液相穴深度,但二者的凝固壳厚度随拉坯方向的变化有一定的差别,并且出结晶器坯壳厚度差别较大。改变二冷条件,上述二者液相穴深度不再相等。因此,将m取为常数的处理方法是不合理的。     

数值模拟在小方坯连铸中间包优化设计中的应用

计算机模拟作为一种参数优化的工具,越来越多地应用于冶金领域。用流体商业软件对某厂4流T型中间包流场进行数值模拟,从钢液流动的速度矢量图、流线图来分析有、无控流装置的中间包的流动特征。通过模拟分析,确定了合理的中间包控流装置,以指导生产实践。     

连铸过程中小方坯中间包钢水液位控制的研究

钢液在中间包内液位直接影响到连铸生产过程的顺行和铸坯质量。着力于研究和分析方坯连铸生产过程中钢包滑动水口开口度,中间包钢液面,水口结瘤程度以及浇铸速度之间的关系,并推导出相关数学关系式。同时,基于重庆钢铁公司方坯连铸机的实际情况,计算了在一定浇铸速度和结瘤程度下,中间包内所需的理论液面高度,滑动水口的开口度,在此基础上绘制了钢包滑动水口操作控制图,以期能够实现一定的现场指导作用。     

6流中间包流场的数值模拟优化

采用CFD软件FLUENT对6流中间包内的流场进行了数值模拟,分析了6流中间包内的流场特征,以及有无C型挡墙的加入,中间包内流场的变化情况。模拟结果表明,C型挡墙的加入使6流中间包各流的流动更加均匀,有利于钢液温度和成分的均匀;C型挡墙的加入使6流中间包近流的平均停留时间增加,利于夹杂物的上浮去除。     

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。     

连铸中间包内流场与夹杂物运动的数值模拟

针对某钢厂方坯连铸中间包,应用数学模拟的方法进行了控流装置的研究,采用Fluent软件计算了中间包的流场、夹杂物的运动以及不同粒度、密度夹杂物的去除率。结果表明,中间包内设置一定的控流装置能够明显改善钢液的流动,提高夹杂物的去除率,尤其对小粒度夹杂物去除率的影响尤为显著。     

基于数值模拟技术的钢水温降速率预测

通过建立钢包传热数学模型和有限元模拟计算,分别采用代表值法和能量守恒法分析重钢炼钢厂210t钢包不同烘烤温度、不同绝热层材质对钢水温降速率的影响,并对不同工况的钢水温降速率作了预测。结果表明:代表值法和能量守恒法计算的钢水温降速率有较大差异;钢包烘烤温度对钢水温降速率影响很大;钢水浇注过程中温降速率比静置的要大。     

Numerical Simulation of the Growth and Removal of Inclusions in the Molten Steel of a Two-Strand Tundish

In the current article, the growth of inclusions by turbulent collision and their removal in the molten steel of a two-strand tundish was calculated. The fluid flow was coupled with heat transfer and the concentration field of inclusions in the tundish. The weir and dam was effective to control the strong stirring energy within the inlet zone. The collision among inclusions in the inlet zone was far stronger than that in other zones. The rising velocity of 9.2-μm inclusions was far smaller than the flow velocity; thus, small inclusions followed the fluid flow well. The concentration of 4-μm, 5-μm, and 9.2-μm inclusions at the outlet were 9.9 ppm, 9.1 ppm, and 30.2 ppm, respectively. The concentration of other inclusions was within 2.0 ppm–6.0 ppm. The total oxygen of the molten steel at the outlet after reaching the steady state was 38.5 ppm assuming all inclusions were alumina. The removal fraction considering turbulent collision growth was 23.0% more than that without considering collision growth.