两流板坯连铸中间包控流装置的优化

在相似理论的基础上,按照1∶3的比例建立了"两流板坯连铸中间包"水力学模型,通过挡墙与挡坝不同高度及位置的组合来优化中间包的内部结构并确定出最佳设计方案。试验结果表明:优化后能将原型中间包的滞止时间由83 s延长到97 s,平均停留时间由296 s延长到432 s,死区由46%减小到21%,电导率微观波动值由0.04 ms/cm降低到0.025 ms/cm以内。     

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.     

双流板坯中间包结构优化的数理模拟研究

以国内某钢厂二流中间包为研究对象,为了提高夹杂物在中间包内的上浮去除效果,改善原型中间包的流场特性,利用数理模拟的方法对不同结构的中间包进行钢液流场及温度场的研究,并以此优化出最佳的控流装置。研究结果表明:原型中间包内钢液流场不合理且温度差异明显,采用优化的控流装置后,对于双流浇注时,增加挡坝能够使钢液流动更加活跃,温差也得到减小;对于单流浇注时,改用弯曲水口以及增加挡坝能够很好地改善单流浇注时的流场分布,提高温度的均匀性。     

流钢孔对中间包流体行为影响的数值模拟

以某钢厂双流中间包为基础,建立了相似比为1∶3的物理模型和三维稳态数学模型,研究挡坝控流装置上流钢孔的孔径、数量和倾斜角度等变化因素对中间包内流场的影响。结果表明,孔径大小和流钢孔的倾斜角度对中间包内钢液的流动特性至关重要。在中间包挡坝上开设的流钢孔孔径为120 mm、倾斜角度为15°时,可改变钢液流向,延长钢液流动轨迹,增加夹杂物去除概率,与原型相比,中间包内钢液平均停留时间增加近28 s,死区比例降低46.5%,理论残钢量降低79%。     

八流连铸中间包控流装置优化的水力学模拟

通过几何相似比1:3.5的水模型实验对40 t八流中间包不同控流装置下的流场进行了模拟研究。结果表明,原中间包平均滞止时间短,一侧4个水口的停留时间相差较大;优化的双导流孔挡墙可使中间包死区体积分数比原型减少19.15%,优化的C12W1矩形挡墙可使中间包死区体积分数比原型减少31.49%;中间包一侧4个水口的滞止时间差值减少;设置湍流抑制器虽然增加钢液的滞止时间和峰值时间,但不能有效地降低死区体积分数。     

通道式感应加热7流中间包流场的物理模拟

 为解决通道式感应加热7流中间包各流一致性差、第2和第6流钢水停留时间短的问题,通过水模拟试验对该中间包流场进行优化。等温试验结果表明,通过改变通道结构以及添加双挡坝可改善流体的流动状况。与原型结构相比,优化后中间包总体平均停留时间延长了277.8 s,死区比例降低了30.16%,各流一致性得到较大改善。非等温试验表明,感应加热引起的包内自然对流不可忽略,流体经加热从通道流出后会形成明显上升流。通道内外温差越大,中间包各流的一致性越好。针对原型方案,通道内外温差为5 ℃时,中间包内流体停留时间即较无温差时明显延长,死区基本消除。     

不同挡墙挡坝组合对两流中间包内流场的影响

在相似理论的基础上,通过水力学模拟对两流板坯连铸中间包3种不同挡墙挡坝组合形式下包内流场进行研究.试验结果表明:方案1(挡墙-挡坝-端挡坝方案)挡墙与挡坝间距不合理,端挡坝未起到控流作用致使中间包内流体平均停留时间、峰值时间短,死区比例较大(27.9%);方案2(挡坝-挡墙-端挡坝方案)显著改善了中间包内流场状况,全混流区及活塞流区比例增加,死区减小为21%;方案3(双墙双坝方案)由于增加一组挡墙延长了流体流动的路径,流体在中间包内的停留时间明显增加,死区比例最小(16.7%),同时微观电导率波动值也最小(0.025 ms/cm),为3种方案之最优.     

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。     

通道式钢液过滤器对两流板坯连铸中间包流场的影响

以相似原理为基础,通过建立几何相似比0.28:1的水模型对两流230 mm×1 300 mm板坯连铸63.27 t中间包流场进行模拟实验,研究通道式过滤器对中间包钢液流动状态的影响。结果表明,单纯的湍流控制器+挡墙、挡坝,中间包活塞区体积偏小,死区体积偏大;用钢液过滤器代替挡坝后优化效果明显,且安装简单,成本低,优化后的中间包钢液平均停留时间由348.22 s延长至400.15 s,峰值时间由原来的172.4 s延长至196.0 s,死区体积由22.49%减小至9.69%。     

四流“L型”中间包控流装置优化的水模拟研究

以新兴铸管炼钢部四流"L型"中间包为研究对象,根据相似原理建立了1∶2的四流中间包水模型,研究了不同结构的中间包的流体流动特性。试验结果表明:原型中间包内部结构不合理,存在较大死区,最大死区比例为66.2%,中间包四流之间的流体流动特性差异很大;各种优化方案中,"挡墙+单吹气"(方案C)与"挡墙+单吹气+湍流器"(方案D)较理想,其中方案D死区比例最小,平均停留时间最长,其死区比例为19.7%,比原型下降了15.2%,平均停留时间延长到433 s,比原型增加了83 s。     

通道式钢液过濾器对两流板坯连铸中间包流场的影响

以相似原理为基础,通过建立几何相似比0.28:1的水模型对两流230 mm×1300 mm板坯连铸63.27t中间包流场进行模拟实验,研究通道式过滤器对中间包钢液流动状态的影响。结果表明,单纯的湍流控制器+挡墙、挡坝,中间包活塞区体积偏小,死区体积偏大;用钢液过滤器代替挡坝后优化效果明显,且安装简单,成本低,优化后的中间包钢液平均停留时间由348.22 s延长至400.15 s,峰值时间由原来的172.4 s延长至196.0 s,死区体积由22.49%减小至9.69%。     

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。     

四流中间包控流装置优化物理模拟

通过中间包物理模拟的试验方法对某钢厂四流中间包进行控流装置优化,优化试验分为挡墙类型优化和挡墙结构优化。结果表明,原型方案流体流动状态很差,导流孔孔径过大易导致短路流现象的发生,死区比例也高达34.16%。优化后的最优方案中Y3死区比例降幅高达33.14%,流体平均停留时间由原型的761.2延长至900.7 s,滞止时间则由32.2延长至76.7 s,优化效果显著,说明最优方案可以显著地提高中间包体积利用率,并改善钢液的流动状态,有利于冶金质量的提高。     

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。     

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%。     

非对称控流结构中间包流场一致性的物理模拟

国内某钢厂使用的两流板坯连铸中间包因受固定位置排渣口的限制,包内控流装置采用左右不对称布置。生产实践发现,排渣口侧的水口对应铸坯大型夹杂物含量高、热轧卷探伤合格率低,疑与中间包流场的一致性有关。为此,采用1∶3.5的水模型对中间包流场进行了模拟研究,并基于流体动力学原理对其控流效果进行了优化。结果表明,原型中间包两个水口的滞止时间差高达36 s,钢液在排渣口侧的1号水口形成短路流,因而导致两流铸坯洁净度的差异。经水模优化后,方案F1下两流平均停留时间标准差和滞止时间标准差分别可降到0.12和0.35 s,明显改善了中间包内两流浇铸流动特性的一致性,且死区比例较原型降低8.87%、平均停留时间延长了30 s。     

四流小方坯中间包结构优化的物理模拟

随着钢铁工业的发展,人们对钢的质量要求越来越高,连铸中间包结构是和连铸坯最终质量形成相关的一个重要因素。试验以某厂四流小方坯中间包为原型,1∶3的比例制作了有机玻璃水模型,在不同的中间包结构下,KCl做示踪剂,采用"刺激—响应"技术测得流体的平均停留时间;黑墨水做显示剂显示流场。试验结果表明:采用"V"型挡墙开两孔时,钢液的平均停留时间短,滞止时间短,死区体积比例大。"V"型挡墙只开上孔时,能够很好的优化中间包,改善钢液的流动状态,使钢液的平均停留时间延长58.85 s,死区体积比例减小10.06%;同时还保证了各流之间的均匀性,即各流之间的温度、成分差异较小。     

七机七流中间包流场模型的优化试验

根据中间包原型按照1∶2的比例制作中间包模型,利用们"刺激—响应"试验技术,以饱和KCl溶液为示综剂,将信号绘成RTD曲线。结合正交分析法对各影响因素进行分析,根据修正混合理论模型,得到中间包内死区体积比例,示综剂滞止时间等参数。结果表明,优化后无论塞棒工况还是定径水口工况,死区比例都远小于稳流器与挡坝配合控流情况,最优控流方案为:新挡渣墙100 mm导流孔、左右偏角24°、上扬30 mm+2~#中部挡渣墙导流孔设计+6-7流前挡坝、高度250 mm。     

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%。     

邯钢32t 8流连铸中间包流场的优化研究

利用几何相似比1:3.5建立的水模型和采用正交试验研究了32 t 8流中间包挡墙导流孔位置、孔径、倾角及仰角、挡坝及湍流控制器等因素对平均停留时间、死区比例的影响。实验结果表明,梯形挡墙方案和V型挡墙结构优化方案对滞止时间一致性的都比空中间包和原型挡墙的效果好;V形挡墙的平均停留时间和死区比例优于梯形挡墙;采用挡墙上3个导流孔的高度为500、300、400 mm,孔径80 mm,倾角60°、65°、80°,仰角0°的梯形挡墙方案的综合优化效果较好。脱硫铁水-100 t顶底复吹转炉-LF-CC工业生产试验结果表明采用最佳的V形挡墙方案,铸坯中平均全氧含量由原型中间包的55.6×10~(-6)降至50.5×10~(-6)。