六流小方坯中间包气幕挡墙的数学模拟

根据6流200 mm×200 mm方坯30 t中间包的结构操作工艺参数,采用欧拉两流体模型、多孔介质模型、欧拉-拉格朗日随机轨道模型及Monte-Carlo法,并引入气泡吸附模型,用数学模拟法对比研究了采用气幕挡墙技术对6流中间包内钢液流动特性及夹杂物去除的影响。结果表明,采用气幕挡墙技术优化后,可以有效改善钢液的流动状态,均衡各出口停留时间,有效延长钢液的平均停留时间,降低死区体积,提高夹杂物去除率,适应多流中间包超纯净钢冶炼的需求。     

气幕挡墙中间包数理模拟及实践

根据武汉钢铁股份有限公司炼钢总厂三分厂二流板坯连铸中间包的操作工艺参数,采用数学与物理相结合的模拟方法,对比研究了气幕挡墙技术对中间包内钢液流动特性及夹杂物去除的影响,并根据研究结果进行了工业试验.研究结果表明:采用气幕挡墙技术,可有效地改善钢液的流动状态,延长钢液的平均停留时间,降低死区体积,提高夹杂物去除率,适应超纯净钢中间包冶金的需求.     

鞍钢宽厚板坯中间包气幕挡墙研究

以相似原理为基础,通过实验室水模拟实验,对鞍钢单流宽厚板坯连铸中间包应用气幕挡墙进行了优化研究。水模实验主要研究了原型中间包和气幕挡墙、耐火挡墙不同组合方案钢液的流动特征,将实验确定的最佳方案在大生产上进行了工业试验。结果表明,工业试验和水模实验的结果具有一致性。中间包应用气幕挡墙提高了钢的洁净度,显微夹杂物降低了23.73%,大型夹杂物降低了28.15%。     

气幕挡墙对430铁素体不锈钢中间包流场和钢水纯净度的影响

在430铁素体不锈钢中间包中使用气幕挡墙,利用模拟软件对中间包钢液流动特性进行数值模拟,对比使用气幕挡墙后钢水全氧含量和板坯夹杂物的变化。结果表明,采用气幕挡墙后,改变了钢液的流动方向,有效延长了停留时间,减少了死区;未使用气幕挡墙的430中包全氧含量为43.7ppm,使用气幕挡墙的430中包全氧含量为36.2ppm,降低了7.5ppm;使用气幕挡墙后,板坯中夹杂物数量明显减少,不存在大于30μm的夹杂物。     

中间包内流体流动及夹杂物去除的研究

采用湍流流动的数学模型方法,对板坯中间包内的钢液流动及夹杂物去除率进行了模拟研究。系统分析了在中间包内设置控流设备对钢液流动状态、平均停留时间以及夹杂物颗粒排除率的影响。结果表明,设置挡墙和坝后,中间包内有效防止了短路流,延长了平均停留时间,夹杂物整体排除率明显提高,大大改善了中间包的冶金效果。     

气幕挡墙中间包钢水流动的数值模拟

根据二流连铸1500mm×250mm板坯时中间包的操作工艺参数,采用欧拉两流体模型,多孔介 质模型和拉格朗日随机轨道模型,模拟计算了采用湍流控制器和气幕挡墙技术的中间包内钢液流动特性和 夹杂物的运动轨迹,并用Monte-Carlo法统计了夹杂物的总去除率。模拟结果表明,采用中间包气幕挡墙技术 可以有效改善钢液的流动特性,延长钢液停留时间,减小死区体积;当吹气量为0.90m³/h时,夹杂物去除率比 不吹气工艺增加15.6%     

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。     

底吹氩中间包钢液流动特性的数值模拟研究

根据某厂实际中间包的操作工艺参数,采用欧拉两流体模型以及多孔介质模型,用数值模拟法研究了同时采用湍流控制器和气幕挡墙技术,中间包内气幕挡墙的位置及吹气量对中间包内钢液流动特性的影响。结果表明,采用气幕挡墙技术,吹气量及吹气位置对钢液流场及RTD曲线影响较大,吹气位置靠近人口或出口都不利于中间包钢液流动特性的改善,吹气量太大易引起表面卷渣现象,吹气量太小,不能形成有效的气幕挡墙。气幕挡墙距离人口1200～2000mm,且吹气量为0．90m^3／h时,可以有效延长钢液的停留时间,减小死区体积,有利于夹杂物的上浮去除。     

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。     

中间包内钢水控流技术

介绍了中间包冶金技术的发展,分析了中间包内钢水的流动特性及控流装置对钢水流动状态的影响,论述了改进中间包内的控流装置可以明显改变钢水流动状态,中间包内同时应用堰、坝、湍流控制器及多孔挡墙或气幕挡墙,能够延长钢水在中间包内的滞留时间,有效去除钢中夹杂,提高中间包冶金效果。     

Hydraulics and Mathematics Simulation on the Weir and Gas Curtain in Tundish of Ultrathick Slab Continuous Casting

The molten steel flow pattern in continuous casting tundish could be improved if the flow control devices were properly used. With reasonable application of weir and air curtain, the disturbance at injection zone of the tundish was reduced. The flow path of the molten steel was changed, and the short-circuit flow was eliminated. Therefore, the residence time was lengthened. An air curtain with bubbles floating could promote the surface flow and improve inclusions removal. The application of weir and air curtain in an ultrathick slab continuous casting tundish was investigated with hydraulics and mathematics simulation. The residence time and dead volume fraction were studied through orthogonal experiments with different positions of the flow control devices. The efficiency of three factors was analyzed, and the optimum positions of the weir and air curtain were obtained. Besides, the discrete phase model was suitable for simulation of the interaction between gas bubbles and molten steel, and the mathematics results shown the optimum one got larger inclusion flotation rate.     

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%。     

底吹气中间包内钢液流动及夹杂物去除模拟研究

通过40 t中间包的1:3水模型实验,对小方坯连铸6流中间包内钢液的流场进行了测定,研究了5种不同底吹气方案对中间包内钢液流动特性和夹杂物去除的影响。结果表明,在注流区吹气能延长钢水在中间包内的停留时间,减弱湍流强度,同时注流区内吹气可将气泡击碎成弥散小气泡促进了夹杂物上浮,夹杂物去除效果最佳。在近流与中流水口之间吹气,可改善各流的流动特性,中间包内的流动状况最佳,但近流处夹杂物去除效果略差。在中流和远流水口之间吹气,流场改善效果不理想。     

Modelling Study of Inclusions Removal by Bubble Flotation in the Tundish

Non‐metallic inclusion removal from liquid steel in a tundish is studied using two‐phase flow modelling by Particle Image Velocimetry (PIV) techniques and mathematical simulation. The removal efficiency is studied as a function of Flow Control Devices (FCD) arrangements inside the tundish, gas bubbling and mass flow rate. The mathematical two‐phase model includes an Eulerian‐Eulerian approach for the gas‐liquid system and a Lagrange approach for the solid particles trajectories. The validation of this model was acceptably proved through PIV measurements and colour tracer experiments in a two‐phase water model. The removal efficiency of the tundish in the cases of gas bubbling becomes independent of particle size and FCD arrangements. An increase of mass flow rate decreases the particle mean residence time in the tundish and therefore the removal efficiency. Under the same conditions coupling‐uncoupling phenomena of solid particles from the liquid flow depends strongly on their response time. Where this phenomena occurs, it is determined that the particle response time in the model goes from 10^?5 to 10^?3 seconds for particle size ranging from 20 to 160 μm, respectively; this transition is dependent on particles size and mass flow rate.     

不同位置气幕挡墙方案对两流连铸中间包内流场的影响

在相似理论的基础上,通过水力学模拟对两流板坯连铸中间包3种不同气幕挡墙形式下的包内流场进行研究。实验结果表明：在同一吹气量（28L/h）时,气幕挡墙置于中间包端部（方案一）,在气幕的两侧形成两个方向相反的回流区域,延长了钢液的平均停留时间,采用该方案时中间包内死区比例为18.5%;气幕挡墙置于中间包墙坝之间（方案二）,也形成了两个较大的回流区,增加了钢液间的混合和夹杂物的去除,中间包内死区最小为17.4%,为三种方案之最优;气幕挡墙置于中间包挡墙之前（方案三）,气幕挡墙并未形成有效的气幕,中间包内部流体未得到充分混匀,出现27.5%的较大的死区。     

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。     

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。