连铸结晶器内非金属夹杂物运动行为模拟

通过联立求解Navier-Stokes方程和颗粒运动轨迹方程来确定非金属夹杂物在钢液中的上浮速度,对板坯结晶器内夹杂物的运动规律进行了模拟,并用个别实验结果进行了验证. 结果表明: 夹杂物颗粒粒径越大,浮力作用越明显,其下潜深度越小,停留时间缩短,夹杂物上浮的可能性越大. 为保证夹杂物顺利上浮至渣层被去除,在本计算条件下, 连铸机垂直段长度应大于2.5 m.     

钢液中夹杂物动力学行为的数学模型

作为衡量钢产品质量的指标,冶金反应器内夹杂物大小、数量,形态和分布越来越受到冶金工作者关注.作为研究钢液中夹杂物行为的重要手段,数值模拟方法被广泛地应用于冶金工艺的优化.本文综合论述了夹杂物行为数值模拟的研究现状,分析了钢中夹杂物的基本数学模型和多模式数学模型优点和不足,并提出了未来的发展趋势和重点要解决的问题.数值模拟结果表明,受钢液运动的影响,夹杂物体积浓度和特征半径在连铸结晶器下方呈"W"形分布.     

钢液中Al2O3夹杂物碰撞生长的动力学模型

基于群体平衡模型,在奥斯特瓦尔德熟化的基础上,考虑布朗碰撞对分子扩散长大的影响,建立了钢液中Al2O3夹杂物碰撞生长的动力学模型,包括分子扩散长大以及由于布朗、斯托克斯和湍流碰撞引起的夹杂物聚集、生长,采用颗粒尺寸分组法对夹杂物的聚集生长进行了模拟. 结果表明,湍动能耗散率从0.1 m2/s3增加到10 m2/s3时,对临界尺寸以下粒径的分子微粒的数量密度影响较小,但对临界尺寸以上大粒径夹杂物分子微粒的数量密度影响较大. 碰撞过程中,夹杂物最大数量密度对应的极值直径约为0.2 μm.     

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.     

电渣重熔过程结晶器旋转对钢中夹杂物的影响

基于自行设计的双极串联结晶器旋转电渣重熔炉,采用ASPEX全自动夹杂物分析仪研究了结晶器转速对M2电渣锭洁净度的影响。结果表明,不论结晶器是否旋转,电渣锭中的夹杂物组成基本不变,主要由Al2O3, Al2O3–MnS, Al2O3–SiO2–CaO–MnS, MgO–Al2O3–SiO2–CaO–MnO, MgO–Al2O3–SiO2–CaO–TiO2–MnS, Al2O3–SiO2–CaO–MnO–TiO2组成,其中以Al2O3, Al2O3–SiO2–CaO–MnO–TiO2和Al2O3–MnS数量最多。结晶器静止电渣重熔时,钢中的夹杂物数量较多,且存在50 ?m以上的大颗粒夹杂物,而结晶器转速为6和13 r/min时,夹杂物数量减少,大颗粒夹杂含量大大降低;转速增至19 r/min时,夹杂物数量及尺寸又进一步增加,同时钢中全氧含量、氮含量明显增加。电渣锭中大颗粒夹杂物得以去除的主要原因是结晶器旋转导致金属自耗电极末端的熔融层变薄、熔滴尺寸变小,渣–金接触面积增大,促进了夹杂物被熔渣去除;过快的转速会增加自耗电极氧化、减少渣–金接触时间,从而降低电渣重熔过程的精炼能力。     

连铸FC结晶器电磁参数的优化

为了优化国内某钢厂FC(Flow Control)结晶器电磁制动参数以适应生产需要,研究了不同电磁参数下的磁场对结晶器内钢液流动形态的影响. 结果表明,FC结晶器内最大磁场强度与电流成正比;电流在一定范围内(I<665 A)变化可控制表面流速大小,超过该范围则主要影响钢液表面流速大小的位置分布;流股撞击深度随电流增加而减小,窄面撞击压强在电流为665 A时达到最大值1890 Pa;下部磁场位置变化与表面流速最大值成正比,且比上部磁场位置变化对钢液表面流速的影响更大,钢液表面流速随上衔铁位置变化的最大波动值为0.010 m/s,而随下衔铁位置变化的最大波动值为0.025 m/s;FC结晶器内流场形态是上、下磁场大小及位置共同作用的结果.     

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.     

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.     

板坯连铸结晶器水模型内吹气流动和夹杂物粒子去除模拟

利用数值模拟方法研究了连铸结晶器水模型内吹气作用下的流动和夹杂物粒子去除效果,分析了吹气量对结晶器内流动和夹杂物粒子去除的影响规律.研究结果表明,吹气可增加整个上回流的向上运动趋势,尤其是靠近水口附近的流动:随着吹气流量增大,自由液面波动减弱:夹杂物粒子上浮率增加,在2,4和6 L/min气流量下,夹杂物粒子去除率比无气体吹入时分别提高3.4%,5.9%和9.6%.     

固/液态夹杂物穿过钢渣界面的分离机理

对液态和固态夹杂物穿过钢?渣界面的分离过程进行了物理模拟实验,研究了钢包内固态夹杂物比液态夹杂物易被去除的原因. 结果表明,固态夹杂物不被钢液润湿,在界面张力的作用下,固态夹杂物与界面之间的钢液在极短的时间内被排尽,导致固体夹杂物瞬间进入渣层. 液态夹杂物易被钢液润湿,界面张力使液态夹杂物与界面之间的钢液不能排尽,形成液膜. 液膜内的钢液在压力的作用下排尽,导致液膜破裂,液态夹杂物瞬间进入渣层. 实际液态夹杂物停留在钢?渣界面处的时间明显长于固态夹杂物穿过钢?渣界面所需时间.