两流非对称中间包结构优化与应用研究

采用水模型实验、数值模拟相结合的方法分析了原型中间包和优化中间包在钢流流场、中间包流动特性方面的差异.结果表明:优化中间包2#水口平均停留时间延长了8.0%,两水口流体平均停留时间之差下降了36.3%.流体在优化中间包内流动轨迹更加复杂,延长了流体在中间包内停留时间.通过工业实验证实了优化方案的可行性.工业试验表明:采用圆形湍流控制器加单挡墙组成控流装置的原型中间包,两水口钢液平均温差为5℃,浇注得到的钢坯试样中,140~300μm夹杂物数量为0.7 mg;而采用非对称长方形湍流控制器加多孔挡墙组成控流装置的中间包,两水口钢液平均温差为3℃或2℃,约为原型中间包两水口钢液平均温差的1/2;浇注得到的钢坯试样中,140~300μm夹杂物数量为0.2 mg,约为原型中间包的1/3.说明采用非对称长方形湍流控制器加多孔挡墙组成控流装置的中间包对两水口温度的均一性起到了显著作用,且更能有效地去除钢液中的夹杂物.     

中间包控流装置优化的数值模拟及生产应用

以钢液停留时间分布曲线(RTD曲线)为评判标准,利用数学模拟方法,对某钢厂中间包控流装置进行优化设计。结果表明:将原型中间包的挡墙和挡坝间距增大,可以延长钢液平均停留时间,活塞区比例提高了17.15%,死区比例降低了2.2%。目前优化后的包型在现场稳定应用,以管线钢为例,夹杂物合格率提高了5%以上,明显提高了中间包的冶金功能。铸坯大样电解结果表明,优化后的中间包利于夹杂物的上浮去除,夹杂物总量平均为原包型的41.75%。     

高拉速下单流中间包流场优化研究

用水力模型和数值模拟方法对高拉速下镀锡板单流中间包流场特性进行研究。水力学模型采用脉冲响应法测定RTD曲线,分析中间包内流动模式;数值模拟应用Fluent商业软件对中间包流场和夹杂物进行模拟分析,并确定优化方案。优化方案中间包钢液平均停留时间由340.7 s增加到545.3 s,增加了60.1%;死区体积比Vd由46.0%降至13.6%,比原方案降低了70.4%;中间包内显微夹杂物和外来夹杂物的去除率大幅提高。     

中间包包型优化的数值模拟及生产应用

中间包包型对钢液流动有重要影响,进而影响中间包的冶金效果。利用数学模拟方法,以钢液停留时间分布曲线(RTD曲线)为评判标准,对某钢厂的中间包包型进行了优化改造,优化后出口浓度最大时间延长了200 s,钢液活塞区比例由39.3%增加至69.6%,死区比例由10.11%降至4.77%,且铸余减少3.5 t;包型优化后的大样电解夹杂物含量减少了72.35%。该包型于2008年12月开始在某钢厂稳定使用,提高了铸坯质量,节省了生产成本,为该钢厂创造了显著的效益。     

两流板坯连铸58t中间包过滤器的水模型试验和应用

通过几何相似比0.29:1的水模型试验了湍流抑制器+挡墙+挡坝和湍流抑制器+挡墙+过滤器两种控流装置的钢液流动,研究了通道式过滤器对58t中间包钢液流场的影响。结果表明,原中间包（湍流抑制器+挡墙+挡坝）活塞区体积小,死区体积高达29.53%,优化中间包加入过滤器后（湍流抑制器+挡墙+过滤器）短路流基本消失,钢液的实际平均停留时间延长,死区体积由29.53%减小至13.52%。50t中间包,230mm×1100mm连铸板坯,拉速1.25~1.30m/min工业生产结果表明,使用过滤器后,中间包浇注区的夹杂物尺寸明显小于冲击区,中间包浇注区T[O]由原86×10^-6降至30×10^-6,连铸坯大多数夹杂物尺寸≤10μm,没有发现≥30μm夹杂物。     

板坯连铸38 t扩容中间包控流装置优化的数值模拟和应用

通过数值模拟,对钢厂250 mm×2 000 mm板坯连铸原29 t扩容至38 t中间包进行控流装置优化。研究了挡墙、挡坝的个数和位置对中间包内钢液流场及停留时间分布(RTD)曲线的影响,综合考虑了中间包冶金效果及生产成本,为现场提出了稳流器+挡墙+挡坝控流装置的最优设计方案,该方案使中间包活塞区比例达到77.1%,死区比例降至4.2%。现场采用该结构后非稳态浇铸期间生产的管线钢非金属夹杂物合格率由88%提高到95%,明显提高了中间包的冶金功能。     

提高中间包冶金效率的研究与实践

通过建立物理模型对单流板坯连铸机中间包流场进行模拟,优化中间包控流装置。研究了挡墙、挡坝的数量和位置对中间包内钢液流场及停留时间分布(RTD)曲线的影响,提出了最优的"抑湍器+单挡墙+双挡坝"方案,使成品夹杂物含量大幅降低,明显提高了中间包的冶金效率。     

40tT型6流中间包结构优化对高碳钢中夹杂物的影响

通过几何相似1:3的水模型对原中间包和优化的增设挡墙中间包进行去除夹杂物的模拟试验,根据水模拟试验结果,优化了40 t钢包结构并进行高碳钢82A和72A的生产试验。结果表明,增设挡墙优化结构后,中间包内滞止时间和实际停留时间延长,活塞区比例提高,而死区比例减小;中间包结构优化后去除夹杂物的效果明显提高,采用优化的增设挡墙中间包生产的高碳钢Φ5.5 mm盘条中夹杂物数量由原来的2.06~2.52个/mm~2降至0.20~1.06个/mm~2,最大夹杂物尺寸由原来的(9.87~13.37)μm×(6.29~9.44)μm降至(4.01~8.33)μm×(3.41~7.62)μm;铸坯中大型夹杂物数量和尺寸也相应降低。     

60t双流连铸中间包流场优化水力学模型试验

利用水力学模型试验研究方法考察了武钢双流连铸中间包原方案的流场特性,并进行了流场优化,分析了各方案的中包流场特性和停留时间分布曲线(RTD曲线),得出了优化方案。结果表明:优化方案死区体积比Vd降至5.33%,较原方案降低了77.4%,平均停留时间Ta达到364.5s,较原方案增加了70.5s,优化后的中包流场更加合理,有利于夹杂物去除,是适合该双流板坯连铸中包的控流方案。     

单流板坯连铸中间包流场的物理模拟

通过对不锈钢连铸矩形连铸中间包水模型试验,分析其结构的合理性,针对流场存在的问题,就影响流场的因素,采用正交试验的方法对中间包内部控流元件进行优化验证。结果表明,下挡墙开口大小是影响流场的最关键因素。保持中间包液面稳定,在水口插入深度180 mm,拉速1.2 m/m in的情况下,综合考虑RTD曲线与流场显示,最佳的方案为上挡墙位置375 mm、上挡墙高208 mm、上下挡墙之间距离575 mm、下挡墙高100 mm、下挡墙开口0 mm。与原型中间包对比,能够很大程度地优化中间包流场,延长平均停留时间,减小死区比例,改善短路流现象,有效地均匀钢液和促进夹杂物聚集上浮。工业试验结果表明,采用优化挡墙组合控流中间包,能够较大程度提高铸坯纯净度,降低冷轧板废品率。