过滤控流中间包流场及夹杂物去除的数值模拟

以60 t板坯连铸中间包为研究对象,采用雷诺平均方程、组分输送以及离散相模型分别计算了高拉速下中间包内钢液流场特征演变以及夹杂物运动轨迹和去除率。结果表明,采用多孔过滤控流装置后,10 μm的小夹杂物去除率提升了10%以上。与45°倾角过滤器中间包相比,55°倾角过滤器中间包的夹杂物去除率增加约5.3%,其顶部孔为水平方向,减小了卷渣与钢液裸露的风险。通过RTD曲线获得多孔过滤控流中间包的钢液停留时间缩短了30~50 s、死区体积比增加0.03%,但夹杂物去除率明显提高。因此,采用停留时间、死区体积比等宏观流场特征参数评估中间包内夹杂物去除效率的方法已不适应过滤控流装置中间包的开发研究,宜采用速度云图、夹杂物运动轨迹等微观分析方法评估其冶金效果。     

连铸中间包中夹杂物聚合与去除的数学模型

在Euler(流场)-Lagrange(颗粒)框架下,提出了一个夹杂物运动、聚合和去除耦合的统计模型,运用此模型数值计算了连铸中间包的三维流场,对夹杂物的行为进行了Monta-Carlo模拟,计算结果显示,20,40和60μm夹杂物的总去除效率约为20％,36％和75％,其中壁面吸附的贡献占1／6—1／4,受中间包实际条件的限制,夹杂物的碰撞长大并不显著。     

中间包钢液中夹杂物去除的物理模拟研究

建立了中间包1[∶]3水力学模型,对某厂连铸中间包由28 t扩容至40 t后,进行中间包结构优化。通过分析中间包挡墙、挡坝和覆盖剂作用,研究了中间包结构对夹杂物去除的影响规律。夹杂物去除物理模拟与计算结果均表明：粒子粒度分别为－30～－50、－50～－80、－80～－100、－100～－180和－180～－300目时,在中间包基本结构下,夹杂物去除率分别为97.9%、75.7%、64.0%、60.3%和56.3%,相比于中间包基本结构,挡坝内移1 cm对于各种尺寸的夹杂物的去除率均有提高,各尺寸夹杂物的去除率分别为98.7%、82.3%、66.6%、62.9%、57.4%;用混合油模拟中间包覆盖剂,各尺寸夹杂物的去除率分别为98.9%、87.43%、75.14%、70.0%、63.4%,中间包夹杂物的去除率进一步提高。实际生产过程中,中间包改造后,夹杂物尺寸变小,夹杂物数量明显减小,夹杂物的数量较中间包改造前减少了53%。     

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。     

中间包底部吹气过程去除夹杂物效果的模拟研究

采用数值模拟手段,结合水模型实验模拟,研究了中间包底部吹气过程对中间包内流场及夹杂物传输行为的影响.结果表明,在吹气条件下中间包采用挡墙控制有利于改善中间包流场,促进夹杂物上浮在实验条件下双板斜孔挡墙控制去除夹杂物效果优于堰-坝挡墙控制形式.     

薄板坯连铸中间包流场数值模拟与优化

基于CFD仿真平台对中间包的流场进行了数值模拟研究和优化,湍流控制器是中间包流场的主要元件,设计、分析了痰盂型湍流控制器的内径、高度等参数与冲击区湍动能的关系;研究了痰盂型湍流控制器配合不同设置挡墙挡坝的中间包结构,得到了最佳的中间包结构。     

中间包双板多孔挡墙流行控制去除夹杂物效果的模拟研究

为净化钢液、提高夹杂物在中间包内的上浮率,提出一种新型中间包挡墙流动控制形式－双板多孔挡墙流动控制。通过数值模拟方法结合水模型实验,对中间包内流体流动及夹杂物的传输行为进行了分析研究。结果表明,采用多孔挡墙流动控制可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水清洁度。     

不锈钢连铸中间包内夹杂物去除行为数值模拟

针对中间包连铸过程中夹杂物的存在易导致铸坯出现质量缺陷的问题,以不锈钢连铸中间包为研究对象,通过数值模拟方法研究了控流装置、夹杂物密度以及夹杂物尺寸等参数对中间包内夹杂物去除行为的影响规律。研究结果表明,在设置堰坝和湍流控制器中间包内,密度为2 700 kg/m3,粒径为5 μm的夹杂物去除率为63.32%,而150 μm的大尺寸夹杂物去除率可达到89.04%。当夹杂物粒径为10~50 μm,密度为2 700~4 500 kg/m3时,夹杂物密度对夹杂物去除率影响较小。无控流装置中间包时,夹杂物在顶渣层呈以中心纵截面对称的分布;设置堰坝中间包时,挡渣堰坝两侧出现了70 μm以上夹杂物密集区;设置堰坝组合湍流控制器中间包时,夹杂物主要被限制在中间包第一腔室自由液面,研究结果对于进一步发挥不锈钢连铸过程中的中间包冶金功能具有指导意义。     

CSP连铸中间包流场数学模拟优化与实践

采用FLUENT商业CDF软件,以CSP连铸机中间包内钢液的流动行为为研究对象,模拟计算了控流装置的布置方式对中包内钢液流动行为和夹杂物运动轨迹的影响。结果表明,在没有安装挡坝只有挡墙的情况下,中包内存在较大短路流,现有的布置方式效果不理想,经过优化的控流装置布置方式能够得到较合理的流场分布,利于夹杂物的上浮排除。经过实际生产过程的跟踪,优化后薄规格产品的夹杂缺陷有所降低。     

连铸板坯凝固过程中夹杂物运动模拟研究

基于CFD建立了连铸过程中钢液流动、凝固及夹杂物运动三维数学模型。考虑铸坯弧形和水口形状,研究了连铸板坯凝固坯壳对钢液流动和夹杂物运动的影响,得出了夹杂物的上浮率及在凝固铸坯上的分布。研究结果表明,铸坯凝固对钢液流场有显著影响。凝固坯壳阻碍钢液向下流动,考虑凝固的钢液回流区更靠近弯月面,钢液流出回流区更趋于向铸坯中心运动;凝固的夹杂物上浮率相对于不考虑凝固的夹杂物上浮率高。     

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。     

连续铸轧中间包流场数值模拟及其优化

基于有限元分析软件FLUENT对中间包的流场进行了数值模拟研究和优化.结果表明,设置流动控制装置可明显改善熔液流动状况,有利于提高连续铸轧坯质量.对比了流动控制装置中的几种不同的堰坝布置,最终得到堰与注流口间距800 mm、堰与坝间距400 mm时所得熔体净化效果最佳.     

连铸结晶器电磁制动对铸坯中非金属夹杂物影响的研究

对梅钢2^#连铸机采用的FC-Mold（Flow Control Mold）全幅二段电磁制动器对钢中非金属夹杂物的影响进行了研究。结果表明,采用电磁制动后,铸坯中心的夹杂物总个数少于未采用电磁制动的铸坯,而前者边部的夹杂物个数则是后者的2.06倍;铸坯中心和边部的夹杂物平均直径和平均面积均有所减小,铸坯中心的平均面积减小量达到8.44μm^2。钢中的夹杂物主要为直径全部小于20μm的Al2O3、MnS和CaS夹杂物,还有少量含K、Na的夹杂物。未采用电磁制动的铸坯中含K、Na夹杂物的数量明显多于采用电磁制动的铸坯。采用电磁制动明显降低结晶器液面的波动幅度,这有助于减少卷渣几率。电磁制动使用技术还有待于进一步优化研究。     

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。     

板坯连铸中心偏析的模拟研究

在对溶质再分配机制进行热力学分析的基础上,建立了描述板坯中心偏析的模型--“溶质析出量”模型,并对模拟结果进行了分析。结果表明：溶质再分配过程中溶质析出的根本原因是存在化学位梯度;对于Q235B钢种,中心线处碳溶质浓度在凝固末端出现突增,最大值0.76%,拉速从1.2 m/min变化至1.6 m/min时,最大偏析度从5.057增加到5.103。     

涡轮增压器壳体铸造工艺数值模拟

采用Pro/E软件为前处理平台,以ProCAST软件为模拟平台,对涡壳件充型及凝固过程进行了模拟仿真.通过预测产生收缩缺陷的敏感区域,对涡轮增压器壳体(涡壳)的铸造工艺进行了分析与评价.结果表明,铸件在充型初期存在一定程度的紊流,但充型速度较低,产生裹气、夹渣等缺陷的可能性较小;缩孔缩松敏感区主要分布于几何热节处和流道法兰根部等处,而以涡壳底部与流道相贯的几何热节处最为敏感,但与单内浇道引入工艺相比,双内浇口引入工艺产生缩孔缩松缺陷的可能性明显减小.     

消失模铸钢件夹渣缺陷的形成机理分析

消失模铸钢件极易产生夹渣及气孔缺陷。分析了消失模铸钢件夹渣缺陷的来源、形态分布、易出现的部位。从钢水充型形态分析出发,分析了充型钢水的湍流状态及附壁效应对夹渣形成的影响。从热力学和动力学角度分析了消失模铸钢件夹渣缺陷形成及移动机理,提出了消失模铸钢件减少夹渣缺陷的途径和建议。     

板坯连铸结晶器内夹杂物去除的水模实验研究

通过结晶器水模实验对3种粒径的夹杂物在不同水流量、气流量和透气方式下的去除进行了模拟。结果表明：在临界水流量之前,夹杂物的去除率迅速下降;随着临界水流量继续增加,去除率缓慢增加。吹入气体后,夹杂物的去除率比不吹气时均有小幅提高。随着气量的增加,去除率较为平缓,这是受夹杂物被气泡俘获的概率、气泡区域和数量分布等因素影响而造成的。