中间包钢流控制与净化新技术

中间包内钢水的流动特性对钢水的净化有重要作用,介绍了中间包流场控制新技术,如湍流控制器、气幕挡墙、中间包吹气技术和离心式中间包技术等,合理的中间包结构设计可以改善内部流场,降低湍动能,延长钢液停留时间,有利于夹杂物的去除和钢水成分、温度的均匀.     

减少中间包水口堵塞的生产实践

分析了中间包水口堵塞的原因和危害,根据生产实践,提出了防止堵塞的措施,减少了发生中间包水口堵塞的概率.     

防止浇注船板钢中间包水口堵塞的生产实践

分析了浇注船板钢时水口堵塞的原因,结合济钢船板钢生产实际,提出了防止水口堵塞的措施.     

4流中间包钢液流动行为研究

通过水模型试验对4流方坯中间包在不同控流装置下包内流体流动动行为进行研究。研究结果表明：原中间包由于流体流速快导致边部流和中部流的流体特性差异大且死区比例高。改进后的中间包的边部流和中部流间的流体特性趋于一致,最小停留时间仅相差1~2 s;实际平均停留时间平均增加145.9 s,死区比例平均减小17.2%。     

中间包钢液中夹杂物去除的物理模拟研究

建立了中间包1[∶]3水力学模型,对某厂连铸中间包由28 t扩容至40 t后,进行中间包结构优化。通过分析中间包挡墙、挡坝和覆盖剂作用,研究了中间包结构对夹杂物去除的影响规律。夹杂物去除物理模拟与计算结果均表明：粒子粒度分别为－30～－50、－50～－80、－80～－100、－100～－180和－180～－300目时,在中间包基本结构下,夹杂物去除率分别为97.9%、75.7%、64.0%、60.3%和56.3%,相比于中间包基本结构,挡坝内移1 cm对于各种尺寸的夹杂物的去除率均有提高,各尺寸夹杂物的去除率分别为98.7%、82.3%、66.6%、62.9%、57.4%;用混合油模拟中间包覆盖剂,各尺寸夹杂物的去除率分别为98.9%、87.43%、75.14%、70.0%、63.4%,中间包夹杂物的去除率进一步提高。实际生产过程中,中间包改造后,夹杂物尺寸变小,夹杂物数量明显减小,夹杂物的数量较中间包改造前减少了53%。     

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。     

兴澄新型中间包钢液流动行为水模型研究

本文通过1∶3的比例对兴澄特钢新型中间包进行了等温物理水模型研究.主要通过平均停留时间和不同流之间的一致性对实验结果进行分析.分析表明:没有任何控流装置与只采用湍流抑制器是不可行的;挡墙内冲击区大小的选择需与孔洞的个数、尺寸以及位置等因素综合考虑;采用挡墙与湍流抑制器结合、挡墙与坝结合的综合控流装置对中间包流场的改进效果比较明显.最后在前面分析的基础上提出了三种相应的优化方案,但优化方案的选取还需考虑工厂的实际情况.     

钢包引流砂对中间包钢液洁净度的影响

为了研究钢包引流砂对中间包钢液洁净度的影响,对国内某大型钢厂使用的钢包引流砂对钢液中氧含量的影响进行了计算分析,同时对该厂的中间包渣样进行计算分析。经过计算得出钢包引流砂在开浇完成后随着钢液进入中包后滞留在中间包熔渣中,熔渣的氧化性会有所增加,由于氧在熔渣和钢液中的含量是成正相关的,钢包引流砂会增加钢液中氧含量,进而增加钢液中的氧化物夹杂,降低了钢液的洁净度。     

离心式连铸中间包内钢液流动特性的模拟

采用数值模拟对离心中间包内的钢液流动特性进行了研究,考察了分配室中挡坝的位置及旋转磁场强度对整体流场结构的影响,并通过试验验证了计算结果的可靠性.研究结果表明,当坝距较小时,分配室内形成了较大的水平环流,环流的形成有利于夹杂物的上浮去除.而当坝距较大时,分配室内的流场结构则呈现明显的非对称性,且随着坝距的增加,非对称越明显.这种非对称性的流场分布不利于钢液的混合,并导致了死区的形成.当磁场强度超过一定值时,磁场强度对钢液的整体流动形态无明显的影响.     

日本开发出分离钢液中夹杂物的离心式中间包

近年来，为进一步提高钢质、降低成本，迫切需要更有效的夹杂物分离技术。特别是在高级钢的生产中，减少钢中夹杂物而不增加二次精炼成本成了重要课题。另外，连铸中提高大包交换（非稳定）部的铸坯质量也至关重要。     

一种新的旋流连铸技术——电磁旋流水口

日本及中国的学者研究表明,在连铸过程中浸入式水口内的旋转流动可以有效改善结晶器内的流体流动状态并提高钢坯的表面和内部质量。笔者提出一种新的旋流连铸技术,即利用水口外的旋转电磁场对钢液的洛伦兹力,使水口内钢液形成旋转流动。对圆形电磁旋流装置作用下圆坯及方坯连铸过程结晶器内钢液流场进行了三维数值模拟,分析了350 A电磁旋流作用下圆坯及方坯结晶器内钢液流场。结果表明：①水口电磁旋流使得圆坯结晶器内的钢液都处于旋转状态。②有旋流时,在方坯结晶器角部的附近可以观察到水平流动;钢液的冲击深度更小,上返流增强。     

电磁旋流水口在钢圆坯连铸中的作用

机械式旋流水口连铸的工业试验结果表明:弯月面的钢液温度、稳定性以及铸坯的等轴晶率等能得到显著提高。但该工艺难以工业应用。本文作者提出了一种新的旋流连铸工艺,即利用水口外的旋转电磁场对钢液的洛伦兹力,使水口内钢液形成旋转流动。本研究通过磁场和流场的三维数值模拟,分析了电磁旋流装置结构对圆坯连铸过程中浸入式水口及结晶器内钢液速度的大小及分布的影响,并应用低熔点合金进行了实验验证。结果表明:非接触方式的电磁力可以有效地使钢液在浸入式水口内产生旋转流动。在同等条件下,圆形电磁旋流装置时钢液的速度分布最对称,速度值最大;改进马蹄形时的水口内流场分布与圆形的较为接近,比采用马蹄形时的更为对称,且速度值更大。在结晶器内,电磁旋流使钢液的冲击深度变小,上返流增强。这有利于温度的均匀化,提高弯月面的温度,以及促进夹杂物的上浮。考虑工业生产的操作方便问题,改进马蹄形电磁旋流装置比较适合生产实际。电磁旋流实验的结果验证了数值模拟的结果及计算方法的可靠性。     

Structural Optimization of Electromagnetic Swirling Flow in Nozzle of Slab Continuous Casting

During the slab continuous casting process, the flow field of molten steel in the mold plays a decisive role in the quality of the slab. In this paper, electromagnetic swirling flow in nozzle technology is proposed to control the flow field in mold.This technology can drive molten steel to rotate inside the submerged entry nozzle by electromagnetic force, thereby controlling the flow field. This research shows that it can reduce the impact of molten steel on the bottom of nozzle and partly reduce the negative pressure at the upper part of nozzle outlet which is even eliminated by optimizing the structure and angle of nozzle. The area of heat flux of the mold wall becomes larger, and the crest value of heat flux gets lower than that without swirling in nozzle and any nozzle optimization. The meniscus fluctuates smoothly, and the flow velocity at the top surface is within a reasonable range. The temperature field distribution in the mold is uniform which was beneficial to the growth of equiaxed crystal and decreased element segregation.     

旋流水口对小方坯连铸结晶器流场影响的水模拟

通过在连铸水口的水力学模型内安置的旋流叶轮模拟了水口电磁搅拌的作用,使模型实验中水口出流呈螺旋状流态.用超声波Doppler测速仪定量测量结晶器模型内液流的垂直及水平速度,检验水口电磁搅拌的效果,分析有效的工艺参数.结果表明,旋流式水口有利于改善结晶器内的流场,有效降低冲击深度,增大液流向弯月面区域的回流和热流上传,使液面形成水平环流,提高了液面的活跃程度,增强钢水表面融渣的效果.     

板坯中间包控流装置优化的数值模拟

以某钢厂板坯连铸中间包为模型,利用数学模拟方法,对中间包内钢液流场进行研究。采用正交试验法研究了堰坝距离、坝的高度和堰的插入深度对中间包内钢液流场及RTD曲线的影响,得出各因素对活塞区体积的影响程度及最佳控流装置组合,为现场提出了控流装置的优化方案。优化后中间包活塞区由62.23%提高至70.75%,死区比例由7.11%降至5.75%,明显提高了中间包的冶金功能。     

三流连铸中间包钢水流场的数学物理模拟

应用商业软件CFX及水力学模型,对三流连铸中间包钢水流场进行了模拟研究,分析比较了原型中间包和改造后中间包内钢水的流动状态。结果表明:数值模拟与水力学模型结果相符;原型中间包内存在明显的短路流,死区比例大,均超过了50%;通过改造中间包控流装置后,中间包内钢水流动状态得到了明显改善,死区体积比例大大降低,死区比例均控制在20%以内,最低的仅为9.41%。通过现场试验发现:中部水口出口与边部水口出口的钢水温差最大值由改造前的5℃减小到2℃;事故率明显降低,达到了预期的冶金效果。     

堰坝组合对中间包内钢液流动模式的影响

根据某钢厂实际连铸中间包的操作工艺参数,采用数值模拟的手段研究了中间包内钢液的流动模式,通过模拟中间包内钢液瞬态流动,来获取RTD-C曲线,进而计算关键参数值(活塞区体积分数、死区体积分数等)。运用正交试验设计分析了影响中间包内钢液流动的几种因素。合理的堰坝组合能够改善中间包内钢液流动状况,促进夹杂物上浮,降低死区体积分数。试验研究结果表明,控流装置的应用能很好地改善中间包内钢液流动;其中9号堰坝组合方案的中间包内钢液流动模式较合理,死区体积分数明显下降,钢液混合更为均匀。     

气幕挡墙及挡坝结构对中间包流场的影响

针对某钢厂中间包使用原挡坝时死区较大,流经挡坝钢液向上运动趋势不明显,流场不利于夹杂物上浮去除等问题,采用中间包水模型试验,对挡坝结构进行了优化,设置了气幕档墙.结果表明,提高挡坝高度,开向上角度通钢孔,并设置气幕挡墙,可有效消除浇注区及挡坝后死区,死区体积比降低46％;钢液向液面运动趋势增大,滞止时间提高23％,峰值时间提高16％.工业试验表明,中间包采用优化后的控流装置,夹杂物总量从14.4 mg/10 kg降为6.64 mg/10 kg,中间包钢液内大型夹杂物得到有效去除.     

6流中间包流场的数值模拟优化

采用CFD软件FLUENT对6流中间包内的流场进行了数值模拟,分析了6流中间包内的流场特征,以及有无C型挡墙的加入,中间包内流场的变化情况。模拟结果表明,C型挡墙的加入使6流中间包各流的流动更加均匀,有利于钢液温度和成分的均匀;C型挡墙的加入使6流中间包近流的平均停留时间增加,利于夹杂物的上浮去除。     

8流一体式方坯中间包控流装置优化研究

针对多流中间包冶金过程存在的问题,通过水模型试验,就影响其流场的因素,采用正交试验的方法对中间包内部控流装置进行优化。综合考虑各种影响因素,钢厂8流一体式T型中间包内合理的控流装置是带导流孔的V型挡渣墙+双坝的组合。