利用RTD曲线研究中间包内钢液的流动行为

建立1∶3的中间包水力学模型,对中间包内钢液流场进行物理模拟,通过软件计算获取流体的活塞区、全混区和死区的体积比例,确定中间包内最优流动行为的方案。试验研究表明,在中间包基本结构流量分别为0.7、0.8、0.9 m~3/h时,其死区比例分别为31.0%、17.3%、15.0%;而挡坝向挡墙方向内移30 mm时,流量分别为0.7、0.8、0.9 m~3/h,其死区比例分别为28%、10.5%、7.5%。因此,提高拉速可以降低中间包内的死区比例;另外,钢包长水口插入深度分别为150、280、315 mm的3组结果表明,插入深度280 mm较为合理,增大或减小插入深度均导致死区比例增大。     

三流大方坯连铸中间包流场优化数值模拟研究

以三流大方坯连铸中间包为研究对象,建立了基于有限体积法(FVM)的中间包钢液流场和温度场耦合数值模型,对比分析了裸包和加控流装置中间包的冶金性能。结果表明:裸包状态下其中间流存在明显的短路流,死区比例大,且三流之间流动形态一致性差,钢水出口温差超过3 K,易导致铸坯质量的差异。通过合理设计挡墙和挡坝,中间包内钢液的流动状态可得到明显改善,死区比例大大降低,各流出口温差可控制在1 K以内。其中方案D挡墙加高挡坝工况下各流死区比例相对较低,对比裸包可分别降低17.9%和9.6%,且三流间流动状态更为接近,有利于更好地发挥中间包的综合冶金效果。     

中间包优化对板坯连铸钢水洁净度的影响分析

为降低中间包耐火材料侵蚀程度,提高连铸钢水洁净度,根据已有的中间包,按照总容积不变,增加钢水进入区(V1)钢水容量的思路,设计了4种中间包方案,并进行了水模拟试验和生产应用试验,对中间包内钢水流动进行评价和钢水洁净度进行检验。水力学模拟和生产试验结果表明:随着钢水进入区体积的增加,水口处的响应时间和平均停留时间增加,死区体积减小,有利于钢水中的夹杂物上浮,降低钢水耐火材料的冲击和侵蚀作用;方案4夹杂物总量最低、大颗粒夹杂物数量显著降低,钢液洁净度最高。     

四流中间包非正常工况下流动行为研究

通过1:3的水力学模型研究了四流中间包的两种典型控流装置在非正常工况(关闭1号水口或2号水口)的流体流动行为。通过停留时间分布(RTD)曲线以及死区活塞区比例等参数进行比较,同时考察了三个水口流动过程的相似程度,采用数值模拟进行验证。研究表明关闭1号水口比关闭2号水口死区比例更低,活塞区比例更高。在两种工况下,U型挡墙方案三个水口死区平均值比II型挡墙方案降低了24.9%和18.2%。II型挡墙的关闭水口的一侧,流体流动缓慢,而U型挡墙方案三个水口流动一致性很好,关闭水口对整体流场影响不大,U型挡墙对非正常工况适应性较II型挡墙好。     

板坯连铸IF钢中间包控流装置优化水模型研究

以相似原理为基础,用水模拟钢液研究中间包内的钢水流动特征,通过测定模型中间包内停留时间分布曲线,计算其平均停留时间及死区,活塞区和混合区的体积.得出了最有利于改善中间包钢液流动的控流装置组合为下挡墙+湍流控制器,并得出了其具体位置.优化后的中间包比原中间包死区体积下降了4.1%,活塞流增加了8.7%.     

单流不对称中间包上下挡墙配合控流优化设计

以相似原理为基础,采用1∶2的水模型,研究了150 mm×1 268 mm板坯连铸单流不对称中间包内钢液的流动特征,通过对不同上下挡墙组合方式的研究,得出最优的组合方式,并与原型中间包的组合方式进行流场效果对比。结果表明,原型中间包控流装置的组合存在一些问题,通过正交试验得到上下挡墙的最优组合方案,优化后中间包的平均停留时间较原型提高了53.8%,包内的滞止时间较原型增加了13.75%,死区比例由41.20%降低至9.56%,活塞区比例增加11.33%,并且包内钢液的流动状态得到较大改善。     

用偏心隔板改善小方坯连铸机中间包钢水的流动

在多流连铸机中 ,钢水是由中间包分配到不同的结晶器中。虽然人们认为中间包应该均匀地将钢水分配到各个结晶器 ,但实际上不同水口处钢水温度和钢水驻留时间也不同 ,从而影响钢水的质量和可浇铸性。印度杜尔加布尔钢厂使用 6流的小方坯连铸机 ,该连铸机的中间包有 6个水口。生产中发现 ,中间 (靠近冲击区 )的水口容易发生漏钢 ,而边上的水口又容易发生堵塞。为了解决这些问题 ,在比例为 1∶2的水力学模型中进行了水模试验 ,通过试用各种流动控制装置 ,结果发现使用隔板能使中间包内钢水流动最佳化。根据水模试验的结果 ,设计和生产了陶瓷隔…     

连铸中间包内湍流控制器控流过程的数值模拟

采用ANSYS-CFX软件,针对宝钢4#连铸机中间包结构和操作工艺参数,进行了流动与传热耦合过程的三维数值模拟,并用水力学模拟进行验证。分析比较了无任何控流装置和有控流装置下的钢水流动以及RTD曲线,结果表明：设置湍流控制器可以使中间包内钢水流动死区减少,活塞区增大,更有利于夹杂物的去除。     

大方坯六流中间包少流浇注时钢液的流动行为

在连铸过程中,由于钢水不足或设备故障,为适应生产节奏,关闭多流中间包单个或多个水口是常见操作。然而,水口的关闭会导致中间包流场发生变化,并进一步影响到中间包内夹杂物的去除效率。为此,针对某钢厂重轨钢用大方坯六流中间包,应用数值模拟的研究方法对关闭不同单个水口时中间包内的钢液流动行为以及夹杂物去除情况进行了研究,得出了最佳关停水口方案,为中间包水口关停的选择提供了必要依据。研究结果表明,当中间包关掉任意一流浇注时,中间包内的死区体积均会略微上升;关闭第一流对于中间包内夹杂物的去除的影响最小,此时10、30、50、70、90 μm的夹杂物去除率分别由正常浇注时的12.4%、39.1%、74.2%、93.3%、95.6%变为14.7%、36.4%、76.4%、85.3%、93.8%。     

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。     

双流T-型中间包的流场模拟及其控流结构优化

以北方某钢厂双流T型中间包为原型,在保持原生产节奏的基础上,设计了两种控流装置优化方案1与优化方案2。优化方案1即为在中间包注流区加入了一个导流隔墙,在隔墙上开两个直径为120 mm,倾角向上15°的导流隔墙孔来控制钢液的流动;优化方案2为在优化方案1的基础上,在距离中间包中心线两侧1 500 mm的地方各加一个高度为300 mm的挡坝。采用数值模拟与冷态水模拟相结合的手段,对3种中间包结构的流场进行了模拟研究。研究结果表明：对于双流T型双流中间包,无控流装置时,原中间包结构内存在较多短路流,不利于夹杂物的去除。相对于优化方案1与原包结构,优化方案2的死区体积分数降低到了9.4%,钢液平均停留时间明显增长并且中间包浇注区温度明显提高且分布较为均匀。因此,优化方案2更加适用于此钢厂的中间包结构。     

单流板坯中间包挡坝结构优化的数值模拟

以某钢厂单流板坯中间包为基础,采用数值模拟的方法对中间包挡坝结构优化前后钢液流场及夹杂物去除效果进行了研究。结果表明,挡坝优化后部分钢液通过斜上导流孔流出,减弱了钢水沿挡坝向上流动对液面产生的冲击,也避免了其沿包底直接流出形成的短路流。30°导流孔条件下中间包钢液平均停留时间最长,死区最小,流动状态最合理。当导流孔角度进一步增加,钢液流出导流孔后快速汇入挡坝后方的大环流导致停留时间减少。30°导流孔结构的夹杂物去除率相比于原结构提高约11%。当导流孔角度进一步增大,夹杂物去除率下降,但都略优于原始挡坝结构。新导流孔结构工业应用后,各类夹杂物评级结果均显著提高。     

中间包传热边界对钢液流动及传热计算的影响

以某厂T型中间包为例,建立了中间包内钢液流动、传热数学模型。针对数值模拟中存在的传热边界条件的准确性问题进行探讨,引入了中间包包衬散热计算模型,得出关于中间包包衬结构的热流散失与内壁温度的关系,作为中间包内钢液流动、传热计算的边界条件。利用商用Fluent软件模拟计算,并比较分析了不同边界条件对中间包内钢液流动、传热的影响,结果表明提出的边界条件模型法使计算模拟结果更符合实际。     

连铸中间包通道式电磁感应加热数值模拟

中间包作为连铸的中间环节,起着承上启下的作用。如何控制中间包浇铸钢水温度是连铸生产的关键环节。运用有限元软件ANSYS对通道式中间包感应加热进行模拟计算分析,通过控制中间包的钢水出口流速计算得到钢水通过通道的时间,从而得到中间包钢水的温升速度,有效地补偿了钢水散热造成的温降,保证钢水具有合适的浇铸温度。通过参考文献间接验证了此模拟过程的有效性。     

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。     

板坯电磁加热中间包钢液流动特性和结构优化

电磁加热中间包技术能有效补偿浇注钢液温降,实现恒温和低温浇注。为使电磁加热中间包技术能合理应用于双流板坯连铸,建立了相应的数学模型,研究了感应加热技术对中间包内流动和温度特性的影响。考察了挡墙-挡坝和通道角度等因素对钢液温度场和流动行为的影响。结果表明,通道式感应加热技术不能直接应用于双流板坯连铸,有必要优化中间包结构。电磁加热能显著提高中间包分配室内的钢液温度,但会产生短路流。挡墙-挡坝可有效减少短路流和均匀钢液温度。挡墙-挡坝与水口出口距离为0.5 m时,钢液流动状态较好,温度分布较均匀;增大通道展开角度不适用于双流板坯感应加热中间包。合理的加热功率模式可将浇注温度波动控制在5 K以内。     

冲击区体积对感应加热中间包流动影响数学模拟

通道式感应加热中间包能够对包内钢水的热量进行及时有效的补偿,有利于提高铸坯质量。建立了某厂五流四通道感应加热中间包的数学模型,研究冲击区体积对中间包内钢液流动的影响。结果表明,冲击区体积占前腔比例的45%时,双峰和短路流问题得到有效解决,各流间钢水分配较为合理,中间包内部钢液能够获得较好的流动性能,中间包总体停留时间达到1020s,死区体积降低为11.5%,3个下水口达到峰值的时间较为一致,最大时间差为49s,达到峰值的平均时长为335s。     

异钢种连浇工艺参数对交接坯长度的影响

对梅钢板坯异钢种连浇过程进行水力学模拟,研究进钢量、中间包余钢量和通钢量与铸坯长度方向的无量纲浓度变化关系曲线。结果表明,在梅钢浇铸条件下,降低中间包余钢量和增大通钢量均能显著减少交接坯长度,并且对于进钢量,如果对混合率要求不是很高（90%以下）,增大进钢量也能明显减少交接坯长度。     

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。     

六流方坯连铸中间包流场的物理模拟及结构优化

莱钢炼钢厂六流方坯连铸机自生产以来没有对中间包进行过物理模拟实验,目前对于中间包内的钢水停留时间、温度差异、非金属夹杂物的状态不是十分了解,通过物理模拟实验研究观察设计参数是否合适、流场是否合理,并在此基础上寻找合理的中间包控流装置,得到合适的中间包结构,为现场中间包优化提供依据,满足提高铸坯质量、生产高品质钢的要求。