梅钢40t板坯中间包的工业试验与仿真分析

梅山钢铁公司炼钢厂有2座150t的LD转炉,配40t板坯连铸中间包。为了了解和掌握中间包内部过程的基本特征,在实际中间包内对流动控制装置、钢水停留时间分布及熔泡内温度分布情况进行了现场测试,并结合数学和物理模拟方法进行分析。研究结果表明：钢包与中间包内钢水的温差对中间包内钢水的流动状态有很大影响,进而影响着中间包内许多冶金过程;实际中间包熔泡内温度分布不均,即使没有任何流动控制装置,熔池内上部温度也高于下部温度,现场测定的停留时间曲线与传统的等温水模型实验结果相差较大;在大多数生产条件下,中间包内的流动是非等温流动,以等温条件为前提的挡板设计、控制参数可能与实际情况不符,应该重新鉴别。     

五流大方坯连铸中间包流场与温度场数理模拟的研究

基于数理模拟,对五流大方坯连铸中间包内钢水流动特性及温度场进行了研究.物理模拟结果表明:采用湍流控制器可明显延长钢水的响应时间和停留时间,采用梯形围墙有利于钢水在各流间合理分配,在2#、4#流水口下游设置挡坝,能够进一步改善中间包内钢水的流动特性.当采用稳流器+梯形围墙+挡坝的控流方式时,各流的流动特征参数一致,死区体积在25.0%以下,平均停留时间达15 min以上;数值模拟结果表明,采用本研究开发的控流方式,中间包内钢水温度分布合理,包内钢水最大温差在10℃以内,各流间出口钢水温差为2～3℃,有利于发挥中间包的冶金效果,保证连铸生产顺行和铸坯质量.     

板坯连铸中间包底吹气数值模拟研究

根据宝#连铸机中间包的实际操作工艺参数,在中间包结构内部加装吹气装置,进行了气-液两相的流动和传热耦合的数值模拟.模拟研究结果表明,底吹气可以显著改善中间包内钢水的流动特征,增加钢水流动的轨迹,延长钢水在中间包内的停留时间,提高中间包内钢水的混合程度;在坝堰中间加装吹气装置有助于均匀整个中间包内钢水的速度,减少中间包的死区体积分率,得到更好的冶金效果.     

广钢高效连铸改造的中间包内型优化

广钢连铸中间包采用三流和入流非对称布置的结构,生产中钢水流动不稳定,温度不均匀,为改变这种状况,有必要对中间包进行结构改造。在中间包冷态和热态水模型上,安装纵向局部挡墙和带导流孔“Ｖ”型挡墙,研究中间包内钢水流动和温度分布情况。模拟试验结果表明：“Ｖ”形挡墙能显著改善钢水的流动,使各流钢水平均停留时间趋于均衡,温度差减少,中间包内死区减少。此外,作者还给出了推荐的中间包改造方案。     

钢水密度对中间包流场影响的数模研究

利用数模研究了钢水在常密度和密度变化两种条件时，中间包内的流场、温度场和钢水平均停留时间．计算结果说明高温钢水在中间包内流动时，不能忽略自然对流流动，密度随温度变化时，钢水沿着液面流到水口区，没有短路流现象，最短滞流时间150s，进出口温差46℃，其流场和温度场与常密度条件下的正好相反．     

板坯中间包空包、充包过程中自由表面的数值模拟

中间包液面稳定时,钢水的流入和流出可以近似认为是一个稳定流动过程.然而在开浇时液面升高或在换钢包和浇注末期中间包液面下降时,流速有较大的变化而引起流动模式改变导致表面波的形成.研究了中间包内钢液在空包和充包过程中自由表面的变化以及此过程的速度场,研究结果深化了对中间包空包、充包工作过程的认识.     

异型坯连铸结晶器内流动与凝固耦合数值模拟研究

针对马钢异型坯结晶器内的传输现象,建立了相应的数学模型.利用有限元软件ANSYS研究了异型坯结晶器内钢水流动规律,并耦合计算了钢水的凝固过程,其中凝固潜热的处理采用了等效比热法.计算结果和现场规律吻合,为现场工艺优化提供很好的参考作用.     

非正交曲线坐标系下梯形区域的流场计算

利用了生成贴体坐标的代数法将一梯形区域从物理平面转化到计算平面,将物理区域中的边界条件向计算区域进行了一一对应转换.运用贴体坐标转换方程对其流场控制方程进行离散和求解,生成了梯形区域物理平面的贴体网格,同时应用非正交曲线坐标系对任一角度的梯形区域的流场进行模拟计算,并在同一条件下与正交坐标系所模拟的流场进行比较,说明了非正交曲线坐标方法的正确性和可行性.利用非正交曲线坐标可以更准确地模拟中包内钢水流动的变化规律,从而更好地确定最佳包内钢水浇注温度.     

钢水密度对中间包流场影响的数模研究

利用数模研究了钢水在常密度和密度变化两种条件时，中间包内的流场、温度场和钢水平停留时间，计算结果说明高温钢水在中间包内流动时，不能忽略自然对流流动，密度随温度变化时，钢水沿着液面流水到水口区，没有短路流现象，最短滞流时间１５０ｓ，进出口温差４６℃，其流场和温度与常密度条件下的正好相反。     

钢包运行的物理模型

钢水温度是炼钢-连铸生产过程的一项重要工艺参数.研究钢水温度控制除了注重各生产工序的操作过程外,钢包在炼钢厂中运行状况对钢水温度的控制、衔接具有重要的作用.本文在以往钢包运转研究的基础上,对钢包运行过程进行深入的解析,建立了钢包运行过程的物理模型,为炼钢-连铸过程钢水温度衔接优化奠定基础.该模型包括4方面的内容钢包运行过程解析、钢包使用个数的3种计算方法、钢包运行频率及运行过程的优化.     

RH精炼中钢包内非轴对称流动场数值模拟研究

在对称的圆柱坐标三维湍流流动场程序的基础上,开发了非轴对称圆柱坐标三维湍流流动程序,并用该程序模拟计算了ＲＨ真空精炼过程中钢包内钢液的流动过程。     

钢包吹氩时钢液循环流动过程数学模型研究

应用已开发的三维柱坐标系统体系流动计算模拟软件，研究了首都钢铁公司第二炼钢厂钢包吹氩过程中钢液的循环流动过程，结果表明，在中心吹氩的条件下，钢液的循环流动呈现二维流动的特证，回流中心大致位于距底部4／5H，距中心2／3R处。     

CSP结晶器内钢液流动及凝固的数值模拟

应用数值模拟方法,建立CSP漏斗型结晶器内钢液流动及凝固传热耦合模型。针对结晶器内铸坯角部受到强冷的特点,对结晶器内热流密度采用修正方程进行计算,分析热流密度修正系数对铸坯凝固坯壳表面温度计算精度的影响。通过比较不同拉坯速率下结晶器内钢液凝固的特点,研究凝固坯壳对结晶器内钢液流动行为的影响。结果表明,采用热流密度修正系数后,铸坯凝固坯壳角部温度的计算值与实际情况更相符;提高拉坯速率可使铸坯凝固坯壳厚度减小;拉坯速率较大时凝固坯壳厚度随铸坯距弯月面距离的增大基本呈线性增长,拉坯速率为3m/min时,凝固坯壳在生长过程中厚度的增长有短暂的停滞现象;凝固坯壳对钢液流动的影响较大,主要是由钢液有效流动区域减少及两相区额外动量阻损造成的。     

CSP中间包内腔优化的数值模拟

针对CSP中间包内冶金过程,建立中间包内钢水流场、温度场、夹杂物运动的数学模型,对不同挡墙和挡坝的5种组合方案的中间包钢水,从流动、传热和去夹杂能力等方面进行分析。结果表明:不同挡墙和挡坝的组合方案中,方案5效果最佳,其结构合理,钢液停留时间有效延长,利于夹杂物的上浮;没有明显的低温区域,中间包出口与入口的温差为5℃;对50μm的夹杂物能去除98.4%,对40μm的夹杂物去除率达到92.3%。     

RH精炼过程循环流量及夹杂去除的水模型研究

以某钢厂120tRH真空精炼炉为原型建立水模型,研究不同工艺参数对RH精炼过程钢液循环流量和夹杂去除率的影响。结果表明,钢液循环流量随着驱动气体流量、浸入深度、真空度、气孔数的增大而增大,随处理量的增大而减小,实验室循环流量最佳工艺参数为：气体流量2.8m3/h,浸入深度150mm,真空度3614Pa,气孔数12个;夹杂去除率随驱动气体流量、浸入深度、真空度和气孔数的变化均不是单调的,而是存在一个最佳值使夹杂去除率最高,实验室去除夹杂的合理工艺条件为：气体流量2.2m3/h,浸入深度125mm,真空度为3500Pa,气孔数8个。     

板坯结晶器电磁制动过程的三维流场数值模拟

针对板坯连铸结晶器内的钢液流动特征,利用流场商业软件Fluent,建立了描述板坯结晶器内区域电磁制动过程的三维有限体积数学模型,进行了流场的三维数值模拟研究.通过数值计算,研究了磁场强度、磁场和流场的相互作用位置、拉速和水口侧孔倾角对电磁制动效果的影响,为优化结晶器内的钢液流场,设计合理的电磁制动装置及指导实际生产提供了依据.     

底吹氩钢包内三维流场的数值模拟

利用商业Phoenics软件对某钢厂230t钢包底吹氩精炼钢包内钢液的流场进行数值模拟计算,并从流场分布和湍动能分布等角度分析了不同喷嘴布置和不同吹气量对钢包内钢液混匀效果的影响。结果表明,底吹氩钢包内透气元件采用0．6R-β布置可避免钢液对包壁所造成的严重冲刷,且有利于减少钢包内钢液的混匀时间,从而获得较为理想的搅拌效果。     

RH真空精炼过程中钢液循环流动的数学模型

在能量守恒的基础上 ,通过建立RH真空精炼过程中钢液循环流动的全过程湍流流动数学模型 ,给出钢液在真空精炼过程中的循环流动形态 ,为了解认识RH真空精炼中影响钢液循环流动的因素和提高RH循环流动率奠定了理论基础     

LF钢包精炼过程钢液流动场模拟研究

在湍流流动模型基础上，建立了底吹Ar搅拌下LF钢包精炼过程钢液循环流动模型．应用该模型对不同吹气量下钢液流动进行了模拟研究．在宝钢300tLF钢包精炼炉条件下。得到了有效吹气量范围．