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。     

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。     

三流中间包流场的物理模拟试验

以莱钢特殊钢厂三流中间包为研究对象做水模拟试验,通过RTD曲线分析和流场观察,结合生产实际及应用的方便、可行性等因素,通过设置、改进挡渣墙、湍流抑制器以及各种挡渣墙与湍流抑制器的组合,试验设计了29组方案。结果表明,原型中间包的内部结构不合理,中间包流场存在严重的短路流、死区比例过大、各流滞止时间差大及夹杂物上浮困难等问题;1型挡渣墙+10°+垫底+4号湍流抑制器方案的中间包内流场结构比较合理。     

连铸中间包结构优化及夹杂物去除的水模拟研究

以25t中间包为原型,通过实验相似比λ=1:2.3的水模型,分析了4流近似T型中间包3种挡墙形式包内流场及夹杂物去除。结果表明,原挡墙控流下的中间包同一侧两流之间的流体流动特性差异很大,与内侧相比,外侧流的最短停留时间和峰值时间长、死区体积大,造成中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效地上浮去除;U-型挡墙能延长峰值时间,但是最短停留时间短,死区比例较大;采用Y-型挡墙可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮。30CrMo钢工业试验表明,采用Y-型挡墙钢中大型夹杂物较原用挡墙降低16.9%。     

中间包温度场的数值模拟及其优化

原型中间包结构不合理,两个水口进出口温差不一致,且包内温降较大.优化后中间包温度分布更加合理,进出口温差减小,最低温度有所提高,尤其方案3效果最佳.     

T型中间包湍流控制器对夹杂物去除的影响

通过水力学模拟试验和数值模拟试验,研究湍流控制器对夹杂物上浮去除的影响,并比较了有无湍流控制器时中间包内夹杂物颗粒的运动轨迹。湍流控制器使从大包注入的钢液返流到达自由表面,从而消除中间包底部流,发展表面流,有利于夹杂物的去除。其中湍流控制器+挡坝的结构对促进夹杂物去除效果最好。     

基于水力学模拟试验的3流连铸20 t中间包结构优化研究

采用几何相似比1:2.5的水模型试验研究了带有一字型挡墙,矩形导流孔,水平无倾角的原型中间包以及V形挡墙,倾角0°~40°Φ80~Φ120mm圆形导流孔,并加抑制器的改进结构的流场,得出V字型挡墙+30°倾角和直径Φ80 mm导流孔+深盘带唇缘型湍流抑制器的改进中间包结构最优,可延长钢液在中间包内的停留时间,死区体积从原中间包的48.16%~63.06%降至10.3%~10.9%,有利于夹杂物的快速上浮。     

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。     

三流大方坯中间包控流装置优化的水模拟研究

针对中间包夹杂物超标的问题,采用1∶2的水力学模型,对三流320 mm×480 mm大方坯中间包流场进行物理模拟,研究控流装置对钢液流动特性的影响,优化中间包流场.模拟结果表明:原型中间包存在着滞止时间短、死区比例大、持续流动的液体对中间包前壁不断的冲刷侵蚀的问题.采用方案3的挡墙与挡坝,滞止时间增加了18.05 s,且两个水口的滞止时间标准差仅为0.18,死区比例降幅为30.51％,很好地改善了液体的流动特性.     

六流大方坯中间包内钢液流动、传热及夹杂物去除的数理模拟研究

通过数理模拟研究了六流大方坯连铸中间包内钢液的流动、传热和夹杂物的运动,并以此优化出最佳控流装置.在非等温条件下,中间包内流体和夹杂物的运动由于受浮力的作用,表现出向上运动的趋势;同时,还利用数理模拟的方法定量地研究了夹杂物的去除.大生产结果表明,采用推荐的中间包控流装置,中间包内排除夹杂物的效果显著,重轨钢的总氧量小于20×10-4%.     

优化中间包结构 提高钢的纯净度

阐述了中间包对钢的洁净度的重要影响 ,通过对中间包冶金机理的分析 ,利用中间包物理模拟及数学模拟研究方法 ,找出了中间包结构与停留时间的关系 ,中间包停留时间与中间包对纯净钢生产的主要影响因素 ,提出中间包结构的改进方案 ,确定适合我国钢铁企业的中间包结构     

连铸中间包钢液流动和夹杂的去除

通过建立中间包流动和夹杂物去除的数学模型，对中间包流动和中间包夹杂的支队理论做了综合性评述，为今后的研究提供了思路。     

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。     

连铸中间包内钢液流动及其控制

对连铸中间包内钢液流动现象进行了水模拟研究和速度分布测量。研究表明,注入的钢流下降时吸收周围液体,形成扩张角10°～12°的射流,是中间包内流动的动量源。挡墙设置能改变钢液流动方向,是控制钢液流动的有效手段。对不同类型的挡墙设置方案。用示踪剂分布方法测量了流动特点及夹杂物的去除率,探讨了合理的挡墙设置位置。     

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。     

圆坯连铸中间包温度场的数值模拟

对原型、U型和Y型挡墙中间包温度场进行了数值模拟。模拟结果表明：原型中间包挡墙形式不合理,中部和边部水口的温差较大;U型挡墙中间包温度场虽较原型有一定程度的改善,但也存在一定的问题;Y型挡墙中间包较原型和U型温度场分布更加均匀,温降更小,是较合理的挡墙形式。     

中间包挡墙优化的数值模拟与实践

为了改善首钢三炼钢2号铸机铸坯夹杂物水平,对中间包挡墙结构进行了优化,并对中包内钢水流场进行了三维数值模拟,分析了钢水流场对去除夹杂物的影响.模拟及生产实绩表明：高挡墙方案均具有改善中包冶金效果,V形高挡墙方案安装使用过程结构稳定性更好,采用带导流孔的全挡墙钢水流场分布更加合理,有利于夹杂物的去除.     

漩流中间包中夹杂物去除效率研究

根据相似原理,模拟漩流中间包及漩流室内钢液的流动,研究了不同漩流室直径、高度对夹杂物在漩流室内向心聚集上浮的影响,验证漩流室对夹杂物的去除效果。结果表明,漩流室的引入有利于夹杂物的上浮去除,夹杂物的上浮率平均由原来的92.35%提高到97%以上。     

小方坯连铸中间包流场温度场的数值模拟研究

采用湍流理论,建立中间包温度场的数学模型,计算获得了昆钢7^#小方坯连铸中间包耦合的流场及温度场,并研究了中间包在设置挡墙前后钢液流动及传热行为的变化。流场计算表明,使用合适的挡墙,钢液在中间包的停留时间变长,各水口处钢液的流动模式趋于一致;温度计算表明,设置挡墙后,各流钢液温度差异明显缩小。     

40tT型6流中间包结构优化对高碳钢中夹杂物的影响

通过几何相似1:3的水模型对原中间包和优化的增设挡墙中间包进行去除夹杂物的模拟试验,根据水模拟试验结果,优化了40 t钢包结构并进行高碳钢82A和72A的生产试验。结果表明,增设挡墙优化结构后,中间包内滞止时间和实际停留时间延长,活塞区比例提高,而死区比例减小;中间包结构优化后去除夹杂物的效果明显提高,采用优化的增设挡墙中间包生产的高碳钢Φ5.5 mm盘条中夹杂物数量由原来的2.06~2.52个/mm~2降至0.20~1.06个/mm~2,最大夹杂物尺寸由原来的(9.87~13.37)μm×(6.29~9.44)μm降至(4.01~8.33)μm×(3.41~7.62)μm;铸坯中大型夹杂物数量和尺寸也相应降低。