带过滤器63t中间包钢液流场的物理和数学模拟

通过采用几何相似比0.29:1的水模型和数学模型分别对(a)湍流抑制器和挡墙+坝(原结构),(b)湍流抑制器,挡墙+坝和过滤器,以及(c)湍流抑制器,挡墙和过滤器3种结构两流板坯连铸中间包钢液流场、温度场和夹杂物运动轨迹进行模拟研究。结果表明,原中间包结构(a)活塞区体积偏小,死区体积偏大;加入通道式钢液过滤器(b)后短路流基本消失,中间包死区减小6.83%,钢液的平均停留时间由287.04 s延长至373.76 s,有利于夹杂物的上浮去除,且过滤器的加入对钢液的温降影响不大;用钢液过滤器代替挡坝(c)后优化效果最为明显,中间包钢液平均停留时间由287.04 s延长至404.26 s,峰值时间由原来的95,4 s延长至190.8 s,死区体积由36.10%减小至8.76%。     

连铸板坯中间包流场数值模拟

应用Fluent流体计算软件,采用湍流模型,对天钢板坯单流中间包内不同挡墙和钢包长水口之间的中心距离及不同的上下挡墙组合进行流场的数值模拟。结果表明:当中间包挡墙和钢包长水口之间的中心距离为1630mm且挡墙与挡坝之间距离为360mm时,中间包内部结构最为合理,既能使钢液成分与温度均匀又能最大限度的促进钢水中夹杂物的上浮去除,进而提高连铸坯的质量。     

两流板坯连铸58t中间包过滤器的水模型试验和应用

通过几何相似比0.29:1的水模型试验了湍流抑制器+挡墙+挡坝和湍流抑制器+挡墙+过滤器两种控流装置的钢液流动,研究了通道式过滤器对58t中间包钢液流场的影响。结果表明,原中间包（湍流抑制器+挡墙+挡坝）活塞区体积小,死区体积高达29.53%,优化中间包加入过滤器后（湍流抑制器+挡墙+过滤器）短路流基本消失,钢液的实际平均停留时间延长,死区体积由29.53%减小至13.52%。50t中间包,230mm×1100mm连铸板坯,拉速1.25~1.30m/min工业生产结果表明,使用过滤器后,中间包浇注区的夹杂物尺寸明显小于冲击区,中间包浇注区T[O]由原86×10^-6降至30×10^-6,连铸坯大多数夹杂物尺寸≤10μm,没有发现≥30μm夹杂物。     

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。     

单流板坯中间包内湍流抑制器对流场的影响

通过水力学模型实验,研究了湍流抑制器对单流板坯中间包内钢液流动的影响,并比较了有无湍流抑制器时中间包内钢液流动的特性。湍流抑制器使钢液由长水口注入中间包后再返回,从而消除了中间包短路流,发展了表面流,延长了滞止时间和平均停留时间,有利于中间包内夹杂物的去除。湍流抑制器与单挡坝的结构在控制中间包内钢液流动方面效果较好。     

板坯连铸双流73 t中间包控流装置优化的水模型研究

根据相似原理采用1:3水模型研究了238 mm×1 500 mm板坯双流连铸73 t中间包不同控流装置对流场的影响,以便得出最佳控流组合及优化的挡墙位置和高度。结果表明,采用双层湍流抑制器和下挡墙配合使用是双流中间包控流的较优组合,当下挡墙位置在模型中距长水口685 mm,高度为152 mm时,平均停留时间相对原型中间包延长了53.5 s,死区比例由27.9%减小到13.1%,较好地改善了中间包内流体的流动形态,有利于均匀钢液温度和夹杂物上浮去除。     

板坯连铸中间包钢液流场的数值模拟和操作优化

以济钢第一炼钢厂4#板坯连铸中间包为原型,应用湍流流动数学模型对不同堰坝设计方案进行计算机数值模拟,优化中间包的堰坝设计。结果表明,对上口面积3500 mm × 800 mm、底部面积3200 mm × 650 mm的中间包,包内钢水深度为800 mm时,当挡堰高550 mm,挡坝高350 mm,挡堰与水口入口处距离800mm,挡堰与挡坝相对距离400 mm时,钢液具有较好的流动方式,有利于夹杂物上浮。     

中间包气幕挡墙去除夹杂物的数值模拟

气幕挡墙技术是改善钢液洁净度的重要方法,吹入的气泡不仅可以改善中间包流场,还可以黏附去除夹杂物,大大提高夹杂物的去除率。采用Euler-Lagrange-Lagrange方法来研究钢液、气泡和夹杂物三相交互作用行为,该模型考虑了钢液与气泡、钢液与夹杂物、气泡与夹杂物之间的相互作用。在正常连铸条件下,研究了气泡黏附与吹气量对不同粒径夹杂物去除的影响。模拟结果表明,考虑气泡黏附的夹杂物去除率比不考虑黏附去除提高了19.12%～28.94%,气泡黏附夹杂物是去除夹杂物的重要方式之一,在气幕挡墙的研究中不可忽略。在本研究的吹气范围内,夹杂物的上浮去除率和黏附去除率都随着吹气量的增加而增大。与传统的挡墙挡坝中间包相比,使用气幕挡墙取代传统挡坝更有利于夹杂物的去除。     

30t板坯连铸中间包结构优化研究

采用水力学模拟实验方法,对唐山港陆钢铁有限公司的30t板坯连铸用中间包内部结构进行优化研究。以饱和氯化钾溶液为示踪剂测量停留时间,按L16（4^5）正交表设计实验方案。经方差分析和显著性检验,确定出最佳工况为：挡墙到湍流抑制器边缘距离为550mm,挡墙下口高度为100mm,挡坝高度为400mm,挡墙与挡坝间距为150mm。实验表明,若选用最优工况,中间包内钢液的平均停留时间可达812s,比现用工况增长16．5％;滞止时间增长12．6％,峰值时间增长40％,中间包的冶金效果将显著提高。     

中间包控流装置优化的数值模拟及生产应用

以钢液停留时间分布曲线(RTD曲线)为评判标准,利用数学模拟方法,对某钢厂中间包控流装置进行优化设计。结果表明:将原型中间包的挡墙和挡坝间距增大,可以延长钢液平均停留时间,活塞区比例提高了17.15%,死区比例降低了2.2%。目前优化后的包型在现场稳定应用,以管线钢为例,夹杂物合格率提高了5%以上,明显提高了中间包的冶金功能。铸坯大样电解结果表明,优化后的中间包利于夹杂物的上浮去除,夹杂物总量平均为原包型的41.75%。     

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。     

80 t两流板坯连铸中间包挡墙结构优化研究

根据国内某钢厂两流板坯连铸80 t中间包现场工艺及结构,在分析了其控流装置下的中包流场的基础上,研究了双层湍流抑制器下,挡墙位置和高度对中间包内流体流动特性的影响.结果表明:双层湍流抑制器下,挡坝距长水口2 000 mm,高400 mm时中包流场最合理,且抑湍器和坝组合控流装置结构简单,避免了钢水对堰等其他中包控流装置冲刷而污染钢水影响铸坯洁净度.对比优化前后的包内流体流动特性,平均停留时间由292 s提高到380 s,死区比例由37.3％降低至18.5％,活塞区与死区比值由0.35增大至0.65,有利于钢液温度和成分的均匀,增大了夹杂物上浮去除的几率,有助于提高铸坯洁净度.     

板坯连铸中间包挡坝结构优化的数学与物理模拟

通过几何相似比0.4的中间包水模型和Fluent数学模型对钢厂60 t二流板坯中间包不同结构挡坝下的钢液流动形态进行了分析。结果表明,中间包使用原结构-200 mm高无孔挡坝时钢液贴底流严重,且挡坝较低,对钢液提升作用不明显,不利于夹杂物上浮去除,浇注区形成较大死区。挡坝开向上15°两圆孔且高度增加至270 mm后,中间包内钢液滞止时间提高12.5%,死区减少36%,钢液在浇注区向钢液面流动,浇注区的死区和钢液温度分层现象基本消失。     

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%。     

宝钢板坯连铸机中间包三维流场数模研究

本文开发了一个求解三维湍流Ｎ－Ｓ方程的计算机软件，根据宝钢板坯连铸机中间包的形状和操作参数建立了钢液流动的数学模型，并利用该软件进行数值计算分析中间包内钢液流动的合理性。宝钢现在使用的上，下挡墙结构的中间包，仍需改进，采用下，上，，下挡墙结构，更利于夹杂物上浮，均匀钢液温度。     

控流条件下中间包流场水模实验研究

通过对在矩形中间包内无控流条件、湍流抑制器、挡墙与湍流抑制器组合三类情况下的水模型实验,对比RTD曲线、去夹杂量和流线实验的结果得知无控流条件和湍流抑制器对于流场和夹杂物的去除均作用很小;湍流抑制器与上、下挡墙组合使用时,其流场和夹杂物去除效果明显提高,比单独使用挡墙情况稍好;挡墙与湍流抑制器组合使用时,上、下挡墙水平距离加宽效果最佳.     

40t单流中间包控流装置的优化配置

采用水模型和工业验证的方法针对40 t单流中间包的控流装置进行优化配置研究.通过对单独湍流抑制器控流装置、湍流抑制器+下挡墙组合控流装置、湍流抑制器+下挡墙+上挡墙组合控流装置的研究表明,下挡墙在改善钢液流动形态和减少中间包内死区方面所起的作用大于上挡墙.平均停留时间随下挡墙与长水口的距离增加呈先增大后减小的趋势.确定了单流中间包以湍流抑制器+下挡墙的优化组合形式,死区比例由原来的25.9%降低到了13.6%.通过系统取样分析发现优化后中间包内T.O和N含量大幅降低,正常坯中的大型夹杂物质量分数也由原来的8.4×10-7降低到3.2×10-7.      

中间包结构优化及冶金效果

通过水模型实验,对四流圆坯中间包三种挡墙形式下的包内流场进行模拟研究.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存在很大差异,与内侧相比,外侧流的最小停留时间、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型挡墙能很好地解决各流间的同步性,但是最小停留时间短,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,提高钢水清洁度,为三种挡墙形式之最优.工业试验表明,Y型挡墙在降低铸坯总氧和夹杂物方面均优于原挡墙.     

四流圆坯中间包的结构优化研究

为净化钢液,提高夹杂物在中间包内的上浮率,通过水模型实验,对4流中间包不同挡墙形式下包内流场及夹杂物去除情况进行了模拟研究.结果表明:现用挡墙控流下的中间包同一侧两流之间的流体流动特性存在很大差异,与内侧相比,外侧流的最短停留时间、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.改进后的挡墙能很好地解决各流间的同步性,死区比例比原型降低6.65 %,对夹杂物的去除效果增强.工业试验表明,改进后的挡墙在降低总氧和夹杂物方面均优于原挡墙.     

中间包水模实验研究与应用

利用1：2的水模型实验装置,通过水力型模型实验,优化了扩容后济钢三炼钢中间包挡墙、挡坝的位置。试验结果表明,优化后的中间包流场趋于合理,钢液的最短停留时间为95s,平均停留时间为343s,死区体积减少了2．2％,基本消除了短路,钢水在中间包内停留时间延长,钢中夹杂物减少。