四流H型感应加热中间包控流装置设计

针对国内某特钢厂新上的四流H型双通道感应加热中间包,为改善中间包内流体流动状态,设计了倒八字型与V型两种控流装置。应用数值模拟的方法对两种不同控流装置下的中间包流场、RTD曲线、温度场进行了模拟。结果表明,倒八字型控流装置平均停留时间1 469.6 s,死区体积比5.83%,边部水口与中间水口的最大温差3 K;与V型控流装置相比,平均停留时间延长了41.9 s,死区体积相应降低了4.09%,边部水口与中间水口的最大温差减少了2 ℃。湍流抑制器+倒八字型控流装置设计能更好改善四流大方坯H型双通道感应加热中间包流体流动性。     

加设控流装置的T型五流非对称中间包流动特性数值模拟研究

基于某炼钢厂非对称五流连铸中间包的技术改造,采用数值模拟技术对加设控流装置的连铸中间包内部速度场和温度场进行模拟计算,得到钢液停留时间分布(RTD)曲线.通过对无控流装置和加设控流装置的对比分析研究表明:设置合理的控流装置位置、小孔直径和开口方向的控流装置,能够明显改善中间包内的流动特性,使钢液的分配均匀,降低了死区的比例,有利于夹杂物的去除.     

五流T型中间包控流装置的优化

采用数值模拟的方法,研究了不同开孔挡墙的控流装置对五流T型中间包内钢液流场、温度场和夹杂物去除率的影响。结果表明:五流T型中间包添加控流装置之后,明显改善了中间包内的流场和温度场,且包内的死区范围减少,促进了钢液成分的均匀;中间包加开孔挡墙且孔向上倾斜45°,30μm的夹杂物去除率提高了11.5%,50μm的夹杂物去除率提高了9.1%,70μm的夹杂物去除率提高了5.8%,提高了钢液的质量。     

四流中间包钢液流动行为的数学物理模拟

中间包内流体流动状态对铸坯质量的优劣起着至关重要的作用。采用合理的控流装置可以优化钢液在中间包内的流动特征,本文通过实验室物理模拟实验与数值计算相结合的方法,分析比较了两种导流隔墙对四流连铸中间包内流体流动特征的影响。物理模拟和数学计算结果能够较好地吻合,结果表明：与直板挡墙中间包相比,V型导流隔墙的使用将中间包死区体积分率降低了45%,各出水口之间响应时间和峰值时间之间的标准差有所减小,均匀了各水口之间的流动状态。     

模铸中间包液面波动的物理模拟研究

以60 t模铸中间包为研究对象,研究了中间包熔池深度、浇注速度对中间包液面波动的影响,以及各种工况条件下的卷渣情况。同时,对比研究了敞流浇注和长水口保护浇注对中间包液面波动的影响。研究结果表明,模铸中间包采用敞流浇注方式时,由于浇注过程中注流卷吸空气,以及注流对中间包液面的冲击所引起的液面波动,将导致钢液二次氧化严重,降低钢锭质量。当中间包定径水口直径为45 mm、中间包熔池深度为1 600 mm~1 800 mm时,中间包液面波动最小,熔池深度小于1 000 mm时发生卷渣。当定径水口直径为50 mm、中间包熔池深度为1 600 mm~1 800 mm时,中间包液面波动最小,熔池深度小于1 200 mm时发生卷渣。当定径水口直径为55 mm、中间包熔池深度为1 800 mm时,中间包液面波动最小,在试验所考察的各熔池深度卷渣都较为严重。采用长水口保护浇注,液面波动很小,有利于减少钢液二次氧化,降低钢液卷渣几率,提高钢锭质量。     

八流一体式中间包流动和传热特性的研究

某钢厂的八流小方坯连铸机一体式中间包存在中间包流场不稳定且温度场不均匀,各流温度相差较大,最大相差6℃;采用正交试验的方法,利用数值模拟对中间包控流装置的试验方案进行流场、温度场以及流动特征进行研究,优化出新的控流装置。研究结果表明:原中间包控流装置下的中间包内钢液流场不合理,各流流动特征相差较大且温度差异明显,采用优化后新的控流装置后,各流钢液的流动模式趋于一致,且温差明显缩小,夹杂物去除率提高。实际冶金效果显著,生产Q235钢各流最大温差为4℃,连浇时间可达32 h且控流装置基本完好。     

4流大方坯中间包流动及传热特征的数值模拟

通过数值模拟对某钢厂新设计的4机4流大方坯连铸机的不同结构的中间包进行钢液流场、流动特性及温度场的研究,并以此优化出最佳控流装置。研究结果表明,为满足4流大方坯中间包对流场的要求,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,各流钢液的最大温差缩小到4K,温度均匀。     

控流装置对中间包钢水流场和洁净度的影响

为研究控流装置对中间包内钢水流场影响,采用水模型和工业验证相结合方法针对某钢厂板坯连铸中间包进行优化。通过对不同控流组合中间包的优化得出,湍流控制器+下挡墙组合最优;通过对下挡墙的位置和高度的优化得出,下挡墙高300mm、距长水口距离1900mm为最佳方案。优化中间包后,钢液在中间包内平均停留时间由304.1s增加至342.1s,死区比例由18.5%降至8.4%。工业试验表明,采用优化后中间包,IF钢铸坯平均氧质量分数降低了16.8%,平均氮质量分数降低12.5%,铸坯10μm以上夹杂占比由8.6%降至6.1%。     

中间包流场控制技术的进展

合理控制中间包的流场有利于促进钢液中夹杂物上浮、均匀钢液成分和温度。水模型试验和数值模拟是两种主要的中间包流场研究方法,各有优缺点应相互补充。数值模拟成本低廉速度快,但受限于边界条件的不确定性和湍流模型的局限性难以完全真实反映中间包内的流场。水模型试验能够较为准确地模拟中间包内流场,但无法准确模拟温度场、水口结瘤、覆盖剂和吹气等对中间包流场的影响。研究表明,湍流控制器对降低长水口钢液射流的湍动能、均匀钢液温度和成分、聚拢射流让其转向向上流动降低死区体积分数、延长平均停留时间和优化流场结构具有很好的作用。湍流控制器、堰、坝和导流挡墙合理组合,协同发挥的控流效果,优于单一控流装置的效果。合理调节堰与包底距离、挡坝高度、堰与挡坝距离、堰与出流口距离、挡坝开孔的个数、尺寸和角度,可以优化中间包流场,促进夹杂物去除。气幕挡墙对钢液进行气洗可以提高钢液洁净度。环形气幕挡墙解决了条形气幕挡墙夹杂物去除率低、且不稳定的问题,提高了夹杂物去除率。最后,中间包流场数学模型精细化,并考虑连铸过程中更多工艺与边界条件的影响是未来发展的趋势。对于中间包流场研究的特定问题,针对性设定优化指标,会使得优化研究工作事半功倍。水模型试验作为中间包控流技术的另一种重要研究手段,同样越趋精确化,不断有研究者以提高试验精度为目的在试验方法和测量原理上进行探索和创新。     

异型坯连铸长水口浸入深度对中间包流动特性的影响

以异型坯连铸中间包为研究对象,采用FLUENT软件模拟研究了长水口浸入深度对中间包内钢液流动特性的影响。结果表明,随着长水口浸入深度的增加,中间包死区及活塞区体积有减小趋势,而混合区体积则相反;此外长水口浸入深度对中间包内夹杂物去除率有一定影响。