超宽板坯结晶器内流场和温度场的耦合数值模拟

以南钢3250超宽板坯结晶器为研究对象,基于商业软件FLUENT,建立了超宽板坯结晶器三维有限体积模型,对结晶器内钢液流动状况和传热行为进行了耦合数值模拟,研究了超宽板坯结晶器流场和温度场特征,考察了水口结构参数和结晶器宽度尺寸、水口倾角、水口插入深度、拉速、过热度及冷却强度对超宽板坯结晶器流场和温度场的影响,多组对比模拟计算结果表明,当浸入式水口出口倾角为15°,插入深度为120～150mm,拉速为1.2～1.4 m/min时,结晶器自由液面速度和湍动能分布以及注流冲击点深度均较为适宜,流场较为合理;同时结晶器内钢液的温度分布相对均匀,有利于坯壳的均匀形成.数值模拟结果可为优化南钢超宽板坯结晶器浸入式水口结构以及确定合理工艺参数提供理论依据.     

板坯连铸结晶器内流场的数值模拟

针对某钢厂板坯连铸机结晶器的结构和工艺参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,用商用软件FLUENT,运用湍流动能Κ方程和湍流动能散耗率ε方程的Κ-ε方程模型在给定的数值计算条件下,对板坯连铸结晶器内钢液的流场进行了模拟.通过模拟浇注初期钢液的流动状态,分析了结晶器内流场的基本特征.同时模拟计算了浸入式水口的出口倾角、插入深度以及拉速对钢液流动的影响.得出了满足断面要求的合理工艺参数:水口倾角为向下15°,插入深度为200mm,拉坯速度为1.3 m/min.     

板坯连铸结晶器内液面波动数值模拟

以某厂190mm×1700mm连铸结晶器为研究对象,采用商业软件Fluent,应用VOF模型对结晶器内钢/渣界面波动进行数值模拟,主要研究拉速、浸入式水口倾角及水口插入深度等工艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响,并用水模实验进行了验证.结果表明,随着拉速的增大,浸入式水口倾角向下减小及水口插入深度的减小,液面波动明显增大,靠近窄面附近的波动较为显著,液渣层覆盖不均匀.当插入深度在140~180mm之间变化时,钢/渣界面波动幅度不大.     

薄板坯连铸结晶器内钢液流动与传热及凝固耦合的数值模拟

针对断面为135 mm×1200 mm的薄板坯连铸结晶器,建立了4孔浸入式水口下薄板坯连铸结晶器内钢液流动、传热和凝固耦合的三维数学模型,引入F数评价薄板坯连铸结晶器内液面波动情况,分析结晶器内钢液流动、温度分布及凝固坯壳厚度的变化情况. 结果表明,用F数评价薄板坯连铸结晶器内液面波动可行,拉速由1.44 m/min增加到1.80 m/min时,钢液液面波动的F数由1.05增加到2.55,凝固壳厚度(dshell)与凝固时间(t)满足关系式dshell=18.92t1/2?1.05,模拟结果与文献实验结果基本一致.     

吹氩宽厚板坯连铸结晶器内液面波动行为的水模型研究

基于相似理论,利用物理模拟研究了吹氩条件下宽厚板坯结晶器内的液面波动行为,考察了吹气量、水口侧孔倾角及水口浸入深度对结晶器内液面波动行为的影响.结果表明,结晶器吹氩后,各气量下液面平均波高均增加了1.2倍以上;结晶器内液面平均波高随吹气量的增加先增大后减小;随水口侧孔倾角及浸入深度的增大,液面平均波高均先减小后增大.从实验条件下得到的控制液面波动的最佳工艺参数为4 L/min的吹气量,-15°的水口侧孔倾角,140 mm的水口浸入深度.     

双条横稳电磁制动板坯结晶器内钢液流动与传热及凝固耦合的数值模拟

建立了板坯连铸结晶器内流动、传热和凝固耦合的数学模型,分析了在有无电磁制动下,结晶器内钢液流动、温度分布及凝固坯壳厚度的变化情况. 结果表明,在电磁制动的作用下,从浸入式水口流出的钢液速度得到了抑制,引入电磁场能减小射流冲击深度,有利于稳定和减少钢液面波动和促进凝固坯壳的生长,拉速为1.1 m/min时,结晶器出口处凝固坯壳厚度增加约2 mm.     

连铸用浸入式水口内钢液流动行为

连铸结晶器内钢液流动的控制直接影响板坯及其产品的表面及内部质量。尽管结晶器内钢液流动缘于水口钢液流动,然而很少有人研究浸入式水口内的钢液流动。本研究中,用易熔合金模型和熔钢模型通过透明浸入式水口直接观察浸入式水口内钢液流动状况。其次,测量了商用结晶器弯月面排出的氩气。在易熔合金模型实验中,位势流和塞流的出现均与氩气流速、熔融金属流速及水口直径有关。减小氩气流速、增加熔融金属流速和减小水口直径会导致水口内弯月面高度上升。通过透明石英玻璃水口观察钢水流动。位势流和塞流的出现也都与氩气流速有关。通过对结晶器弯月面净氩气流速的测量,熔钢系统中,从上滑板吹入的氩气约20％被带入水口中。因此得出结论：在传统板坯结晶器中,钢水一定充满浸入式水口,并且在普通操作中,钢流一定像塞流。     

板坯连铸结晶器内夹杂物运动行为的数值模拟

针对某钢厂板坯连铸结晶器的结构参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,用Fluent软件对结晶器内钢液流动行为和夹杂物运动行为进行了模拟,分析了不同颗粒直径,不同颗粒密度,不同颗粒数量及不同加入位置对夹杂物上浮的影响.研究结果表明,夹杂物的轨迹与钢液的流线图相似;夹杂物颗粒数量对去除率影响不大;夹杂物密度为3500kg/m3、直径为400μm时可以完全去除;密度较小且靠近浸入式水口壁面的夹杂物易被除去.     

双辊薄带铸轧熔池内流场和温度场数值模拟

以带宽1000 mm,辊径600 mm的双辊薄带铸轧过程为研究对象,基于Fluent软件,建立了薄带铸轧熔池三维有限体积模型,对其中钢液流动状态及传热进行数值模拟,并考察了新型浇铸系统结构、布流器开孔倾角、铸轧速度、过热度及冷却强度对铸轧AISI304不锈钢熔池的流场和温度场的影响.结果表明,采用浸入式水口,多孔布流器,导流坝以及分流体组合的新型浇铸系统,且水口浸入布流器熔池内,布流孔向上倾角15o~18o,铸带速度在60~80m/min,熔池自由液面湍流动能最大值为0.0175 J/kg,熔池表面温差低于20 K,钢液与铸轧辊接触面能稳定形成大于0.6 mm的凝固坯壳.     

MOGUL砌衬的浸入式水口

浸入式水口在结晶器中能控制钢水流动。研究对比了环状阶梯式浸入式水口和MOGUL砌衬的浸入式水口,用水模型试验检测了MOGUL结构特性,指出MOGUL浸入式水口对抑制水口和结晶器内的偏流非常有效,同时还可以改善钢质量。     

基于Fluent仿真的流延辊流道设计研究

在流延薄膜的生产过程中,熔融聚合物从模头挤出后在流延辊上冷却的过程对流延薄膜的质量起着至关重要的作用。选取双进双出的矩形截面螺旋形流道的流延辊为研究对象,在利用F luent对其换热过程进行数值模拟仿真的基础上,分析研究流延辊的流道结构和尺寸参数对流延辊换热能力的影响,所得结果可为合理设计流延辊的结构、优化流延辊的参数提供指导。     

吹氩板坯连铸结晶器内夹杂物去除的数值模拟

针对吹氩板坯连铸结晶器内非金属夹杂物去除问题,采用准单相模型和离散相模型描述了水-空气-夹杂模拟物体系和钢液-氩气-夹杂物体系的粒子行为和去除效率.结果表明,吹氩有利于夹杂物上浮去除,同一气量(6.0L/min)下夹杂物在拉速1.3m/min时去除率最低.同一拉速(1.2m/min)下存在临界气量9.0L/min,小于临界气量,吹氩可增加夹杂物上浮率,减小进入铸坯率;大于临界气量,夹杂物上浮率减少,进入铸坯率增大.准单相模型和离散相模型能较好地模拟夹杂物在气液两相中的运动和去除.     

立体传质塔板板上液相流场的三维数值模拟

针对立体传质塔板(CTST)操作时的特点,对1 000 mm的CTST板上液相流场进行了三维计算流体力学(CFD)数值模拟.计算得出了板上液相流场的三维分布特征;实验测量和模拟结果对比,结果吻合较好,说明文中模型有较好的准确度,可以用于CTST板上液相流场的预测.对相同条件下筛板和CTST板上的液相流场分别进行模拟,...     

板坯连铸中电磁制动方式对结晶器中钢液流场的影响

以水银模拟钢水,研究了板坯连铸电磁制动过程中不同拉速下,不同电磁制动方式[单条型电磁制动(EMBr-Ruler)和流动控制结晶器(FC Mold)]对结晶器内钢水流动的影响规律. 实验表明,(1) FC Mold可有效抑制结晶器内液面流及其波动行为(拉速0.52 m/min时最大液面流速和湍流度分别为无电磁制动时的1/5和1/6); (2)两种电磁制动方式均会压缩水口出流的扩张空间,结晶器窄壁附近向下液流的竖直流速剧增[拉速0.41 m/min时最大竖直流速由0.030 m/s(无电磁制动)增至0.066 (EMBr-Ruler)和0.057 m/s (FC Mold)],不利于快速形成活塞流;(3)高拉速(如2.0 m/min)时FC Mold电磁制动可获得较好的流场形态(液面最大流速为0.028 m/s),中拉速(如1.3 m/min)时EMBr-Ruler电磁制动所得流态较好,而低拉速(如1.0 m/min)时2种电磁制动方式均未获得预想的效果,甚至会恶化结晶器内原有的流态.     

连铸板坯滑动水口三维流场湍流计算模型比较

分别采用标准k-e模型、雷诺应力模型(RSM)和超声波多普勒测速(UDV)方法对滑板控制浇注流量浸入式水口内部和出口流动特征进行对比分析,并探讨湍流模型对滑板浇注系统数值模拟的适用性. 结果表明,由于滑板的节流作用,在滑板下方的水口内出现高度约为80 mm的二次流,在滑板下方100 mm处出现高度为50 mm的分离流,并在水口出口出现旋转出流,其方向由滑板堵塞侧、经水口底部向滑板开启侧旋转. 标准k-e模型计算的水口出流的旋转方向与UDV测量的旋转方向相反,RSM计算结果与实验测量结果比较吻合,具有更好的适用性. 并从分子动力理论角度、各向同性假设和历史效应等方面,分析了标准k-e模型存在的理论缺陷.     

压力雾化喷嘴在受限空间气流中喷雾特性的实验研究

对出口直径为0.21、0.28、0.38、0.46mm的4种压力雾化喷嘴及其组合在150mm×150mm×1 000mm的矩形通道中的喷雾流场进行了实验研究,矩形通道中的空气流速为10m/s。研究了喷嘴布置和组合方式对雾化流场的影响。实验结果表明:喷雾不碰壁距离随入射角的增大而增大;顺流喷雾比无气流时液滴的平均D32减小10%,粒径范围略有扩大;逆流喷雾比无气流时液滴的平均D32增大约70μm,粒径范围扩大了3⁴倍;出口直径小的喷嘴可通过逆流布置和顺流布置的组合,获得液滴粒径分布范围更宽的气液两相流场。双喷嘴在有限空间内的雾化效果与流场中气液流量比有关。所得研究结论对天然气加湿技术的开发有一定参考价值。     

连铸凝固过程热模拟实验方法及应用案例

凝固是制约冶金产品质量的重要环节,但因高温、不透明、大规模和连续化的生产特点,连铸生产条件下的凝固问题研究极为困难。目前的研究方法主要包括数值模拟、物理模拟和热模拟,其中热模拟方法因可以直接获取接近生产条件的实验数据而备受关注。本工作系统介绍了连铸凝固热模拟研究方法,简述了热模拟技术原理,并对结晶器热模拟方法及特征单元热模拟方法的原理和应用进行总结。其中,基于特征单元热相似性提出的连铸坯枝晶生长热模拟及凝固裂纹热模拟等方法成功地将十几吨铸坯的凝固过程“浓缩”到实验室用百克钢研究,不仅可以揭示钢液成分、浇注和冷却条件等因素对凝固过程、组织和元素分布的影响规律,而且还可以获得铸坯固液界面形貌、界面前沿溶质扩散和夹杂物演变、凝固裂纹形成的可能性及条件等其他手段无法得到而冶金界非常关注的问题。要点：(1)概述了连铸凝固过程研究方法。(2)重点介绍了连铸凝固过程热模拟方法的分类、原理和应用。(3)总结展望了连铸热模拟研究方法的研究方向。     

微型流化床反应器液相冷态进样停留时间分布模拟与实验

为了得出气、液相流量变化对微型流化床反应器液相停留时间的影响规律,借助Fluent软件对反应器内部流场进行数值模拟,得到其速度、压力分布特性和反应器出口液相浓度的变化曲线。采用示踪剂侧面脉冲进样法,实验测定了反应器中液相的停留时间分布。结果表明,气相流量和液相流量均对液相停留时间有明显的影响,气、液相流量为4¹0L/h时,液相平均停留时间可以控制在1.1110L/h时,液相平均停留时间可以控制在1.11¹.89s;气、液相流量的增加均会导致液相停留时间的减少,但气相流量对停留时间的影响要大于液相流量对液相停留时间的影响。数值模拟与实验数据对比分析发现二者结果吻合良好,模型可用。