非对称大方坯连铸中间包内控流装置的对比研究

通过对5流T型非对称大方坯连铸中间包控流装置的水模研究,对比了不同控流装置对连铸中间包内流场的影响,发现结构合理的控流装置能够明显改善中间包内流体的流动特性。采用多流连铸中间包流动特性的评判方法,分析讨论各方案实验数据,得出了中间包内控流装置的优化设计方案,为中间包内控流装置的设计提供了参考。实验表明：直通孔过滤器能够更好地改善五流圆坯中间包内钢水的流动,并根据实验结果提出了最佳的过滤器结构。     

多流中间包内钢液流动规律模拟研究

针对攀钢六流大方坯连铸中间包,采用等温和非等温物理模拟的研究方法,研究了钢水在中间包内的流动规律。实验结果表明自然对流对钢液的流动模式具有重要的影响,因此,对于体积大、流间距长的中间包必须采用非等温的模拟研究方法。实验还证明了在非等温情况下中间包内加控流装置的必要性。     

五流大方坯连铸中间包的水模型实验研究

通过水模型实验对苏钢五流大方坯连铸中间包现状进行了流体流动的模拟研究,发现了存在问题并提出改进方案。结果表明：五流中间包通过设置合理的控流装置（坝/墙）后,中间包内钢水的最小停留时间大大增加,峰值浓度时间和平均停留时间均增大,死区体积分率下降明显。     

六流矩形坯连铸中间包结构优化的水模型研究

通过六流矩形坯连铸中间包的水模试验,研究了不同控流装置对其流动特性的影响。研究结果表明,稳流器和多孔挡墙能明显改善各流流动特性的一致性,在此基础上加设方形孔挡墙能有效减小死区体积。合理的中间包组合控流装置为稳流器＋多孔挡墙＋方形孔挡墙。     

三流Τ型中间包内控流装置优化的物理模拟

通过三流T型连铸中间包物理模拟实验,研究了直挡墙、V型挡墙及其与抑湍器组合控流装置对中间包流动特性的影响。结果表明,直挡墙控流装置的控流效果优于无控流装置的中间包,但不如设计合理的V型挡墙控流装置;V型挡墙与挡坝组合控流装置（方案Ⅴ）的控流效果较好,在其基础上加入抑湍器后控流效果并不理想。因此,提出了针对三流T型中间包控流装置的优化设计方案。     

基于数值模拟的七流中间包控流装置设计

中间包内钢液流动行为是影响后续铸坯凝固质量的重要因素,因此,设计合理的中间包控流装置显得十分必要。以某钢厂新设计的七流"T"形中间包为研究对象,根据"T"形中间包结构特点和七流中间包的几何尺寸设计了四种不同的控流装置,并通过数值模拟的方法对各控流条件下中间包内的速度场、温度场和夹杂物去除效果进行系统分析,发现采用控流方案C时,各流间流动均衡性较好;中间包内最大温差和各流出口极限温差分别为9℃和0.4℃,温度非常均匀;同时,夹杂物去除率达89.12%,是适用于现场的一种理想控流方案。     

五流T型中间包内控流装置优化的水模型实验

通过水力学模型五流T型连铸中间包后发现,在现有的操作条件下,无控流中间包五个流的流动特性一致方面存在不足,尤其是近水口响应时间极短,从而影响夹杂物的上浮,甚至会造成铸坯中产生大型夹杂及温度的均匀性。设置合适形状抑湍器和“V”型挡墙会大大改善上述不足,如果两者合理搭配则效果更加显著,通过实验研究后,提出了优化的设计方案。     

4流大方坯45 t中间包流场的物理模拟和冶金效果

通过几何相似比1:3的水模型对钢厂4流410 mm × 530 mm大方坯连铸机的不同结构的40～50t中间包进行流场、温度场以及流动特征的研究,并得出最佳控流装置。研究结果表明,为满足4流大方坯中间包对流场的要求,有通道式感应加热装置的中间包与无通道式感应加热装置的中间包优化出的最佳控流装置不同。对于无通道式感应加热装置的中间包,采用最佳方案(湍流控制器+带导流孔的"V"型挡渣墙+挡坝组合的控流方式),延长了近流水口响应时间及平均停留时间,各水口钢液的流动模式趋于一致,中间包内钢液的流动特征得到明显改善。生产40Cr钢实践表明,可连浇8炉,各水口最大温差为4℃,中间包钢液中T[O]约为10×10^-6。     

双通道感应加热中间包的三维磁流热耦合模型

 结合感应加热的中间包冶金是当前提升特殊钢连铸洁净度和质量稳定性的前沿技术。针对大方坯连铸用T型六流中间包,利用流动-传热耦合模型研究了控流装置对具有双感应加热通道中间包冶金行为的影响,首先获得了不开启感应加热工况下中间包的优化控流结构;进而通过对该结构进行电磁-流动-传热耦合模拟,研究了感应加热的控流和热补偿作用。结果表明,通过提高加热通道高度并配合双挡坝结构可进一步改善流体流动状况、提高各流一致性。其中,在不开启感应加热时,优化后中间包较原型死区比例由31.4%降低为17.6%,活塞区比例由19.1%提高为39.1%,平均停留时间标准差由99.6减小到40.3 s。开启感应加热后,中间包内流场有显著变化,通道出口钢液具有明显的上升流,这将有利于夹杂物的上浮去除。开启感应加热30 min后较未开启感应加热时中间包各出口平均温度由1 798.1升高为1 827.3 K,这表明感应加热可有效补偿钢水浇注过程中的热损失。这一功能有利于实现低过热度恒温浇铸,从而也有助于提高中间包控制铸坯洁净度和铸态组织一致性的综合冶金效果。     

八流小方坯连铸中间包的数值模拟

针对八流小方坯连铸T形中间包,利用钢水流动、传热、传质的三维数学模型对其控流方案进行优化设计,对比分析不同控制装置下的钢水流场、温度场和停留时间分布(RTD)特征。研究结果表明:无控流装置时,中间包内存在短路流,死区较大,流动很不均衡,近流与远流的钢水停留时间和温度都相差较大;现用控流方案消除了短路流,减小了死区,但流动均衡性基本没有得到改善;优化方案比现用方案有了进一步的改善,各流停留时间相近,温差大幅减小,流动均衡性大大改善。     

六流小方坯连铸中间包结构优化仿真

以鞍钢六流小方坯T型中间包为对象设计了中间包结构优化方案,应用数值模拟方法研究不同方案的中间包钢液流动状态和温度场情况。模拟结果表明,中间包纵向侧壁钢液液面高度处内部宽度为463 mm时的优化效果最佳。结构优化后的中间包用于浇铸高碳钢,各流钢水出口最大温差降低了7℃,塞棒侵蚀减轻,单中包浇铸由12罐提高到17~18罐。     

20t T型中间包控流装置的模拟和优化

用CFX 流场计算软件模拟对比20t T型中间包3种控流装置,研究导流孔个数、孔径、位置对中间包钢水流场的影响,得出较合理的控流装置方案。模拟和应用结果表明,采用两边挡墙设上下导流孔,中间挡墙设一个导流孔,中间包内钢水流场、液面和出口流稳定,钢水温度波动小,中间包钢水平均停留时间提高至712 s,有利于钢水中夹杂物去除。     

特殊非对称型12流35 t中间包的水模拟试验和控流装置的优化

通过几何相似比1:3的水模型试验分析了钢厂特殊非对称型12流200 mm×285 mm铸坯的35 t中间包的结构特点,得出原中间包不对称度较大,结构不合理,整体混匀效果和各流的一致性较差,需要设计有效的控流装置以改善其内部流动。水模拟结果表明,通过所设计的相对较大的冲击区和两个导流孔的优化方案,使得中间包的整体混匀效果和各流一致性都得到明显改善,其总体死区比例相对原型的27.96%降至8.94%;其各流平均停留时间的标准差降低74%。     

六流中间包挡墙优化的数值模拟和工业实践

根据钢厂40 t六流重轨钢中间包的结构和工艺参数,通过Ansys Fluent软件数值模拟的方式,研究了其流场、温度场及RTD（停留时间分布）曲线。研究发现,原中间包流场及温度场分布不合理,各流一致性较差。通过正交试验,确定了挡墙开孔底部仰角10°、中部仰角10°、开孔上移0 mm的优化方案。模拟结果表明,通过优化设计,提高了中间包的整体流场速度, 大幅降低了钢水的平均停留时间标准差,最低温度提高了 14.2 K,各流水口温差缩小了 1.77K,各流一致性显著增强。40 t中间包U75V重轨钢的生产应用结果表明,优化后最远端水口（3号水口）平均停留时间由原687.1 s降至575.5 s,各流温差由2.05 K降至0.28 K,改善显著。     

六流T型连铸中间包流体流动行为的数学模拟

以某企业30t六流T型连铸中间包为模拟对象,采用数学模拟的方法研究了不同导流隔墙和坝的组合方式对多流中间包内流体流动特征的影响规律。结果表明,改变导流孔隔墙结构和倾角形式,并在六流T型包近水口两流之间放置坝,有利于延长钢水停留时间,改善多流中间包内流体流动特性并提高多流中间包各流流动一致性。     

Flow Control in Six-Strand Billet Continuous Casting Tundish With Different Configurations

A 1∶2.5 scale tundish model was set up in laboratory for a six-strand billet continuous casting tundish with different configurations to investigate fluid flow characteristics under different operational conditions by measuring residence time distribution curves.It was found that minimum residence time,maximum concentration time and average residence time of the three strands on the same side of the tundish with the former configuration under normal operation,that is,six strands were open,were small and non-uniform and the tundish had large dead volume fraction.Vortexes easily formed on the liquid surface in the pouring zone of the tundish.The fluid flow characteristics in the tundish with the optimal turbulence inhibitor and baffles were improved and became less non-uniform among the strands.Vortexes were not found on the pouring zone surface in the optimal tundish.For non-normal operation,that is,one strand was close,it was important to choose which strand to be closed for maintaining flow characteristics of the rest two strands.It was found from this investigation that fluid flow characteristics in the optimal configuration tundish with closing strand 2 were better than those with closing strand 3 on the same side.     

Optimization of a Six-Strand Continuous Casting Tundish: Industrial Measurements and Numerical Investigation of the Tundish Modifications

The main differences in the transient zone extent between the individual strands for the former industrial six-strand tundish configuration is the basis for undertaking this study. The aim this study was to improve the casting conditions by proposing the optimal equipment of the tundish working space. For economic reasons, only the variants with different baffles configurations were considered. It was also dictated by the simplicity of construction and the possibility of its implementation by the base operating steel mill. In the current study, industrial plant measurements and mathematical modeling were used. Industrial experimental data were used to diagnose the current state of the industrial tundish and then validate the numerical simulations. After this, the influence of different baffle configurations installed in the tundish on the steel flow characteristic was modeled mathematically. Residence time distribution (RTD) curves are plotted, and individual flow shares for the investigated tundish were estimated based on the curves. Finally, the industrial plant was rebuilt according to the numerical results and additional plant measurements were performed. A result of the appearance of the baffles in the tundish working space was the reduction of the transient zone extent. The results indicate the increasing share of the dispersed plug flow and a decreasing share of the dead volume flow, with a practically unchanging share of well-mixed volume flow in the modified tundish.