大管坯连铸中间包钢液内夹杂物去除的研究

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,钢中平均总氧去除率显著提高,铸坯中大于50μm的夹杂物显著减少,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.     

中间包结构优化及冶金效果

通过水模型实验,对四流圆坯中间包三种挡墙形式下的包内流场进行模拟研究.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存在很大差异,与内侧相比,外侧流的最小停留时间、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型挡墙能很好地解决各流间的同步性,但是最小停留时间短,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,提高钢水清洁度,为三种挡墙形式之最优.工业试验表明,Y型挡墙在降低铸坯总氧和夹杂物方面均优于原挡墙.     

中间包内部结构对铸坯洁净度的影响

通过1:2.5中间包水模型试验对4流25 t两种控制装置中间包内流场进行了研究,并通过工业生产试验了原中间包和改变挡墙侧导流孔孔径、倾角,并增加湍流控制的改进型中间包对325mm×280 mm GCr15钢铸坯洁净度的影响。结果表明,改进型中间包能增加钢液在中间包内的停留时间,减小中间包的死区比例,提高夹杂物的去除率。与原中间包相比,从改进型中间包到铸坯过程钢中总氧去除率提高,大型夹杂物含量降低44.9%。     

中间包V型挡墙的研究与应用

扫描电镜分析表明,铸坯夹杂物主要有Al2O3以及CaO-A12O3-SiO2-MgO系复合夹杂物。为了促进夹杂物在中间包内充分上浮,设计了4种挡墙进行水模对比试验,V型挡墙和20°孔洞倾角效果最好。现场应用表明,挡墙优化了中间包流场,均匀了中间包温度,促进夹杂物的积聚上浮,提高了中间包钢水的洁净度。大样电解结果表明,使用中间包挡墙后,夹杂物数量平均由35.740mg/10kg降为7.526mg/10kg。     

连铸中间包内钢液流动特性及控流技术

中间包内钢液的流动状态对钢中夹杂物的去除效率影响较大。增加中间包容量可使铸坯内弧—侧Al2O3总量显著降低，在中间包使用挡墙和坝可减少内、外侧钢流温度差和拉漏发生率，去除钢中夹杂物。过滤器、湍流缓冲器和旋涡控制装置等相关技术的应用均提高了铸坯的清洁度。     

连铸中间包控流装置优化研究与实践

通过水力学模拟试验,研究了昆钢7号方坯铸机中间包采用多孔挡墙时的钢水流动特征.研究结果表明:中包采用多孔挡墙时,各流流动特征趋于一致,流体初次响应时间、平均停留时间增大,死区体积减小,中包冶金效果得到明显改善,3号多孔挡墙为最佳方案.试验结果应用于生产后,铸坯质量得到明显改善,TS800U铸坯非金属夹杂物出现率由52%降至3.5%.     

国内外连铸中间包冶金技术

分析了连铸坯中夹杂物的来源和浇注过程中的二次氧化问题.介绍了国内外先进炼钢厂(新日铁、JFE、克鲁斯、迪林根、浦项和宝钢等)中间包夹杂物的去除与控制措施.通过增大中间包容量、采用H型中间包或离心流动中间包、设置中间包气幕挡墙和中间包控流装置,优化中间包结构.通过采用中间包密封吹氩技术控制中间包开浇的二次污染;采用汇流旋涡抑制器防止中间包浇注过程中卷渣;采用碱性包衬和碱性覆盖剂、中间包无氧化烘烤与电磁感应加热、中间包连续真空浇注处理和电磁过滤,可以降低钢水二次污染,防止二次氧化,促进夹杂物上浮,提高铸坯的质量.     

小方坯五流对称中间包流场优化与应用

针对铸坯中非金属夹杂物超标的问题,以某钢厂五流对称150 mm×150 mm方坯连铸中间包为研究原型,采用数值模拟的方法研究不同控流装置对中间包内流场的影响,并得到最优的挡墙结构。结果表明,原型中间包存在停留时间短,死区比例大,持续流动的钢液对中间包包壁冲刷侵蚀的问题;采用优化后的U型挡墙后,停留时间延长了257.11s,死区比例减小27.31%,且各水口均匀性明显改善。现场试验发现:中间包优化后T[O]含量降低45.81%,大颗粒夹杂物含量明显降低。     

中间包气幕挡墙水模与工业试验研究

通过水模型实验和工业试验,研究了中间包底吹氩气对中间包流场和去除铸坯大型夹杂物行为的影响。水模型实验结果表明:中间包底吹气可以改善中间包流场,减少死区体积比,增加平均停留时间。不同实验参数对中间包流体流动特征值的改变程度不同。工业试验结果表明:中间包采用气幕挡墙后,中间包长水口处到铸坯的全氧质量分数降幅提高60.62%;每10kg试样夹杂物总含量由3.85mg降至2.88mg,去除大型夹杂物效果明显,尤其是尺寸小于140μm的夹杂物。     

家电板夹杂物分析与控制

利用KYKY-3200扫描电子显微镜进行金相观察和对铸坯大样电解、能谱分析等手段,对家电板夹杂物含量、种类进行分析,发现家电板连铸坯中平均夹杂物含量为84.6 mg/10 kg,夹杂物种类主要为铝酸钙(D类)夹杂。家电板夹杂物含量多的主要原因是LF软吹时间不足、中间包去夹杂能力未发挥、中间包未及时排渣及结晶器卷渣等。通过延长软吹时间与镇静时间、中间包开浇前吹氩排空与设置双挡墙和气幕挡墙、控制中间包渣层厚度与结晶器液位波动、保证连铸恒拉速、优化钙处理工艺等措施,家电板铸坯夹杂物总量由84.6 mg/10 kg降至38.2 mg/10 kg,大颗粒夹杂物平均含量由61.3 mg/10 kg降至13.4 mg/10 kg,提高了产品质量。     

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。     

连铸中间包内夹杂物上浮规律的研究

 引入湍流涡旋的Kolmogoroff尺度作为区分钢液中夹杂物粒径大小的标准。对中间包内不同粒径夹杂物的上浮规律进行了理论分析,为中间包内夹杂物去除的实验研究提供了理论依据。采用不同的模拟介质对中间包内夹杂物的去除做了研究,验证了理论分析的正确性。     

六流T型中间包夹杂物去除行为的数值模拟

以41 t圆坯连铸中间包为研究对象,运用ANSYS软件,结合流动模型、拉格朗日离散相模型模拟钢液流动和夹杂物行为。通过用户自定义函数为中间包钢渣界面的边界条件设置了一种新的判定标准,即根据夹杂物的受力情况判定夹杂物上浮去除或进入钢液。通过数值模拟计算中间包出口处夹杂物数密度,并与工业试验结果对比,发现新的判定标准较传统的捕捉(trap)边界条件具有更高的计算精度。基于上述模型计算了稳态浇铸过程中间包内不同粒径氧化铝夹杂物的上浮时间、上浮位置及去除率。上述结果为更好地研究中间包内夹杂物行为提供了支撑。     

六流T型中间包夹杂物去除行为的数值模拟

以41 t圆坯连铸中间包为研究对象,运用ANSYS软件,结合流动模型、拉格朗日离散相模型模拟钢液流动和夹杂物行为。通过用户自定义函数为中间包钢渣界面的边界条件设置了一种新的判定标准,即根据夹杂物的受力情况判定夹杂物上浮去除或进入钢液。通过数值模拟计算中间包出口处夹杂物数密度,并与工业试验结果对比,发现新的判定标准较传统的捕捉(trap)边界条件具有更高的计算精度。基于上述模型计算了稳态浇铸过程中间包内不同粒径氧化铝夹杂物的上浮时间、上浮位置及去除率。上述结果为更好地研究中间包内夹杂物行为提供了支撑。     

钢中夹杂物去除技术的进展

钢中夹杂物去除的主要环节为夹杂物的长大、上浮和分离。钢中夹杂物去除技术的主要进展有:气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙和RH-NK-RERM法;电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动;渣洗技术;过滤器技术。文中分析了各种夹杂物去除技术的冶金功能,将不同夹杂物去除技术进行合理组合,实现多功能精炼,可取得最佳冶金效果。     

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.     

Effect of Thermal Buoyancy on Fluid Flow and Inclusion Motion in Tundish without Flow Control Devices--Part Ⅱ: Inclusion Motion

Following up the fluid flow simulation in a 60 t tundish, the trajectories of inclusions in the 60 t tundish without flow control are simulated by considering the force balance between the drag force and the inertial buoyancy force. The Stochastic model yields more accurate inclusion motion than the non-Stochastic model due to including the effect of the turbulent fluctuation. The average residence time of inclusions decreases with increasing size. The thermal buoyancy favors inclusions removal especially the small inclusions. Using solute transport like the dye injection in water model and copper addition in the real steel tundish cannot accurately study the motion of the inclusions. In the simulation, more than 68% inclusions bigger than 10μm are removed to the top, and less than 32% enters the mold. The thermal buoyancy has little effect on the fraction of inclusions moved to the top of the inlet zone, and it mainly favors the removal of inclusions smaller than 100μm to the top surface of the outlet zone. For inclusions bigger than 100μm , the effect of thermal buoyancy on their motion can be ignored compared to the inertial buoyancy effect.     

锆质过滤器对钢中夹杂物的影响

对南京钢铁联合有限公司炼钢厂中间包ZrO2质陶瓷过滤器进行试验研究,通过在装有过滤器的中间包取样,并用多种分析手段系统研究钢中全氧质量分数及钢中非金属夹杂物种类、质量分数、粒度组成等,从而评价中间包过滤器去除夹杂物的能力。试验结果表明,陶瓷过滤器对于钢液中的夹杂物过滤效果明显,中间包内30μm以上夹杂物去除率达41.6%,中间包去除夹杂物的能力有力保障了高品质钢的生产。但需要进一步合理控制钙处理工艺,减少钢液二次氧化,提高钢液洁净度。     

中间包通道式过滤器对硅钢W470中夹杂物的影响

利用小样电解+ ASPEX扫描电镜等夹杂物检测方法,研究了使用中间包通道式过滤器前后的冲击区和浇注区的钢液以及铸坯中非金属夹杂物类型和尺寸的变化规律.结果 表明,使用过滤器后,浸入式水口基本未堵塞;过滤器对夹杂物尺寸大于30 μm以上的夹杂物颗粒有良好的去除效果;从夹杂物总数来看,冲击区＞铸坯＞浇注区,这是因为浇注区钢...     

Fluid Flow,Heat Transfer and Inclusion Motion in a Four‐Strand Billet Continuous Casting Tundish

Inclusions in the steel in a four‐strand continuous casting tundish, billet and wire products are firstly investigated with industrial trials, and the fraction of inclusions removed in terms of total oxygen in the tundish is measured. Then the 3‐dimenional fluid flow, heat transfer and inclusion motion in the tundish are numerically simulated. The κ‐? two‐equation model is used to model turbulence. Inclusion motion and trajectories are calculated by considering drag force and buoyancy force, coupling the effect of turbulent fluctuation (Random Walk Model). The effect of strands‐blocking on the fluid flow, heat transfer and inclusion removal is studied. A new design of tundish is proposed focusing on removing more inclusions from the molten steel.