连铸中间包内夹杂物去除的水模拟试验与工业实践

通过中间包水模型试验和工业试验,研究了U型挡墙中间包和Y型挡墙中间包对夹杂物去除的影响。结果表明：Y型挡墙中间包能提高夹杂物的去除率。与U型挡墙中间包相比,从中间包到铸坯过程钢中平均总氧去除率显著提高,铸坯中大型夹杂物含量显著减少,而显微夹杂数目变化不大;同时Y型挡墙中间包内各流夹杂物分布较均匀。使用U型挡墙中间包时,中间包到铸坯过程吸氮较少。     

板坯连铸中间包内夹杂物去除的数值模拟

以某厂50tT型2流中间包为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了三维有限体积模型,采用多相流模型对中间包内钢液的流动特性、温度分布与夹杂物去除规律进行了数值模拟,重点研究了不同堰-坝组合方式、湍流抑制器形状、拉速、夹杂物粒径等工艺参数对中间包内钢水平均停留时间、夹杂物上浮率的影响。结果表明:湍流抑制器对夹杂物的上浮去除影响不大;随着夹杂物粒径的增大,夹杂物的上浮率迅速增大;20μm以下的夹杂物则很难在中间包内上浮去除;随着拉速的增大,夹杂物的上浮率是不断减小的;采用堰A=300cm、坝B=400cm、方形瓦楞湍流抑制器、过滤器组合式控流装置时夹杂物的上浮去除效果最好。     

连铸中间包钢液流动和夹杂的去除

通过建立中间包流动和夹杂物去除的数学模型，对中间包流动和中间包夹杂的支队理论做了综合性评述，为今后的研究提供了思路。     

连铸中间包钢水流动及夹杂物运动的数值模拟

本文对某厂的连铸中间包两种不同流动控制条件下的钢水流动进行了三维数学模拟.湍流的模拟采用κ-ε双方程模型.通过分析夹杂物所受力的平衡建立了夹杂物运动方程,主要考虑了流体的拖曳力和来自于夹杂物和钢水之间密度差的上浮力,并通过随机运动模型模拟了湍流脉动对夹杂物运动的影响,计算了多粒径夹杂物的三维运动及其轨迹.模拟结果表明,如果挡墙上方有钢水流过,将会在挡墙上方附近产生较大的流速和强烈的涡流,并且钢水从不同方向向一个界面(界线)流动,导致不同流向的钢流相互碰撞,所有这些都将导致卷渣和重新卷入夹杂物.因此,钢水液面大于挡墙高度对夹杂物的去除不利.采用全挡墙(即挡墙与中间包钢水高度一致,挡墙上合理布置出孔)的条件下产生的钢水流动方式有利于夹杂物的去除.计算表明在挡墙合理布置出孔的情况下,如果挡墙高度和钢水深度都是1000mm时,50μm的夹杂物可以安全去除32%;而当钢水液面高度为780mm,挡墙高度为660mm时,50μm夹杂物仅可以安全去除13%.为了更有效的去除夹杂物,抑制涡流形成引发的渣乳化,引起卷渣以及重新卷入已经去除到顶渣的夹杂物,中间包钢水深度应该大于1000mm.     

连铸中间包内夹杂物去除行为的水模型研究

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、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-挡坝组合控流夹杂物去除效果最佳,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;中间包注流区加入抑湍器,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;较高的浇铸速度下,单纯靠控流装置的优化已不能很好地改善夹杂物的去除效果.     

六流大方坯中间包内钢液流动、传热及夹杂物去除的数理模拟研究

通过数理模拟研究了六流大方坯连铸中间包内钢液的流动、传热和夹杂物的运动,并以此优化出最佳控流装置.在非等温条件下,中间包内流体和夹杂物的运动由于受浮力的作用,表现出向上运动的趋势;同时,还利用数理模拟的方法定量地研究了夹杂物的去除.大生产结果表明,采用推荐的中间包控流装置,中间包内排除夹杂物的效果显著,重轨钢的总氧量小于20×10-4%.     

连铸中间包钢水导分流技术

连铸中间包一般是一流或两流,但有时有连铸大、小方坯、圆坯、矩形坯、异型坯三流以上的多流中间包。此时,中间包外侧水口距注人流长,停留时间长,容易凝结;内侧水口距注入口近,夹杂物去除机会少,铸坯质量差。连铸中间包导分流技术可以有效地解决此问题。导分流技术是通过设置湍流控制器、挡渣墙、导分流管、气幕挡墙,使多流中间包注人流科学合理地分流到各个水口。     

气幕挡墙中间包夹杂物去除的水模型研究

以连铸1500mm×250mm板坯的中间包为原型,几何相似比1/3,采用自制多孔透气砖进行中间包底吹气的水模型试验。结果表明,气幕挡墙中间包中,夹杂物通过斯托克斯机理上浮,气泡吸附和钢液上扬流动而上浮去除;当吹气量≥0.08m~3/h,距入口中心533～800mm处形成有效的气幕挡墙,显著改善钢液流动性,夹杂物去除率由不吹气的44.86%增加至72.86%,并改善小颗粒夹杂物的去除。工业试验表明,采用气幕挡墙,使T[O]降低12%以上。     

连铸中间包结构优化及夹杂物去除的水模拟研究

以25t中间包为原型,通过实验相似比λ=1:2.3的水模型,分析了4流近似T型中间包3种挡墙形式包内流场及夹杂物去除。结果表明,原挡墙控流下的中间包同一侧两流之间的流体流动特性差异很大,与内侧相比,外侧流的最短停留时间和峰值时间长、死区体积大,造成中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效地上浮去除;U-型挡墙能延长峰值时间,但是最短停留时间短,死区比例较大;采用Y-型挡墙可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮。30CrMo钢工业试验表明,采用Y-型挡墙钢中大型夹杂物较原用挡墙降低16.9%。     

连铸中间包内的流体流动和夹杂物去除

国外一项研究首先开发了安装流动控制装置和未安装流动控制装置的连铸中间包三维流体模型。结果表明，流动控制装置可以有效控制流人区的强烈搅拌，其它区域流动平稳。把中间包分为两个区，分别用不同的夹杂物去除机理计算了夹杂物去除的效果。     

ASF方坯八流中间包内钢液流场的模拟研究

以某钢厂的八流连铸中间包为研究对象,采用数值模拟方法对不同控流结构中间包内钢液流场进行了研究,并通过水模型实验和工业生产进行验证。模拟结果表明:ASF中间包内的挡墙和湍流器能够明显改善钢液的流动状态和温度分布,加上双坝后效果更佳,钢液的流动存在4个环流区,不仅增加了钢液的混合程度,而且中间包内钢液的温度分布更均匀且低温区较少。水模试验表明在空包中加入湍流器和挡墙能明显改善各流流动特性的一致性,且在其基础上加入双坝能进一步改善钢液的流动特性,与数值模拟结果一致,此外,工业生产也完全达到预期效果。     

Fluid flow and inclusion removal in continuous casting tundish

Three-dimensional fluid flow in continuous casting tundishes with and without flow control devices is first studied. The results indicate that flow control devices are effective to control the strong stirring energy within the inlet zone, and other zones are with much uniform streamline. By dividing tundish into two zones with different inclusion removal mechanisms the inclusion removal is calculated. Three modes of inclusion removal from molten steel in the tundish, i.e., flotation to the free surface, collision and coalescence of inclusions to form larger ones, and adhesion to the lining solid surfaces, are taken into account. The Brownian collision, Stokes collision, and turbulent collision are examined and discussed. The suitable coagulation coefficient is discussed, and a value of 0.18 is derived. Calculation results indicate that, besides flotation, collision of inclusion and adhesion to the lining solid surfaces are also important ways for inclusion removal from molten steel in tundish especially for the smaller inclusions. The flotation removal holds 49.5 pct, and the adhesion removal holds 29.5 pct for the tundish with flow control devices; the collision effect is reflected in improving flotation and adhesion. Finally, industrial experiment data are used to verify the inclusion removal model.     

板坯连铸中间包气幕挡墙夹杂物去除的研究

分析了中间包不加气幕挡墙和加气幕挡墙吹氩时夹杂物上浮速度与气泡直径、夹杂物直径和密度的关系。气泡尺寸对夹杂物的上浮速度影响比较明显,夹杂物的密度对上浮速度的影响不大。进行了中间包气幕挡墙的工业试验,试验表明:中间包底吹气对钢液中小夹杂物的去除作用不明显,而对大型的夹杂物去除效果显著。     

Effects of continuous casting process parameters on carbon segregation degree of 38CrMoAl steel big round billet

The effects of continuous casting process parameters (superheat degree, casting speed and F- EMS) on the carbon segregation of round billet with diameter 600mm of 38CrMoAl steel were investigated by industrial experiments and numerical simulations. The results show that the equiaxed crystal rate and solidification structure both affect the carbon segregation. When the superheat is low, shrinkage tends to occur, and the shrinkage is often accompanied by severe segregation. When the superheat is high, the equiaxed grain ratio is lower, carbon segregation is also severer, so the superheat degree is controlled at 30??. With the increasing of casting speed?? it can obviously spur the growth of columnar crystals and formation of central pipe; both columnar crystals and central pipe are the major cause of segregation, so the suitable casting speed is 0. 19m/min. Final electromagnetic stirring has the effect of uniform liquid steel composition and temperature, which increases the density of solidification structure, and reduces the central shrinkage hole, thereby reducing carbon segregation, but the electromagnetic stirring effect is greatly affected by the installation position. Based on comprehensive consideration of the production and quality in practical production, the suitable process parameters are established: the optimal superheat is 30??, casting speed is 0. 28m/min, the combination of electromagnetic stirring is M- EMS+S- EMS+F- EMS, and the corresponding electromagnetic stirring parameters are M- EMS of 101A/2Hz??S- EMS of 200A/8Hz??F- ME of 900A/8Hz. Under the above process conditions, it will be more reasonable for the F- EMS installation position to move 0. 4-0. 5m toward the meniscus.     

湍流控制器对异型中间包夹杂物去除的影响

控制中间包内钢液的合理流动对夹杂物的去除十分重要,因此采用数值模拟手段研究了四流连铸中间包内钢液流动情况,考察了圆型湍流控制器高度,半径及顶缘厚度对中间包钢液流动和夹杂物去除的影响。结果表明:当在四流中间包内设置高度300mm,半径170mm,顶缘厚度20mm的圆型湍流控制器时,粒径小于80μm夹杂物的上浮去除率提高近20%。     

连铸中间包钢液中凝聚态氧化铝夹杂物运动行为的数值模拟

在Euler-Lagrange框架下,基于应用分形理论对凝聚态Al₂O₃夹杂物形貌结构进行定量分析的基础上,数值模拟研究了连铸中间包钢液中不同形貌凝聚态Al₂O₃夹杂物的运动行为.研究发现中间包钢液流场和夹杂物形貌尺寸共同影响夹杂物在钢液中的运动行为.随着尺寸的变大,簇群状和致密球形两种形貌Al₂O₃夹杂物上浮去除率都逐渐增加.在相同尺寸下,簇群状Al₂O₃夹杂物上浮去除率比致密球形Al₂O₃夹杂物低;随着尺寸的增加,簇群状Al₂O₃夹杂物上浮去除率相比于同尺寸致密球形Al₂O₃夹杂物降低得就越多.计算结果显示,与同尺寸的致密球形Al₂O₃夹杂物相比,直径为20、40、60和80μm的簇群状Al₂O₃夹杂物上浮去除率分别降低了4.8%、5.7%、6.4%和12.5%.     

连铸中间包中夹杂物粒度分布的研究

采用完全混合流和活塞流相结合的模型,针对铝脱氧钢研究了中间包流动状况下Al<,2>O<,3>夹杂物的粒度分布情况.对比了带挡墙前后的中间包的流场及夹杂物的去除效果,原中间包中夹杂物的总去除率为19%.而在带挡墙的中间包中,由于夹杂物受到湍流运动和活塞流运动的影响造成其相互碰撞粒度不断长大,夹杂物去除率达到37%,大大优...     

水平连铸圆坯凝固及铸坯质量的研究

以水平连铸圆坯连铸生产工艺为研究对象,通过射钉实验并采用Fluent数值模拟软件建立凝固传热模型,研究了在不同工艺条件下圆坯结晶器内的温度场分布与凝固传热过程,并对铸坯质量进行了相关的检测分析.通过本研究进一步明确了结晶器内钢液的温度场分布,及不同拉坯工艺对结晶器内钢液温度场变化的影响.结果表明:通过射钉实验并采用Fluent数值模拟软件建立凝固传热模型,可以有效分析水平连铸钢液的凝固传热过程,对改善钢水质量有积极作用.