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%。     

六流方坯中间包内流场的数值模拟及优化

以唐钢150mm×150mm铸坯6流T型中间包为研究对象,用商业软件ANSYS对中间包内钢液流场进行了三维数值模拟与优化,研究了中间包内钢液的流动特征和设置导流挡墙后中间包内钢液的流动方式。结果表明,设置合理的挡墙和导流孔可以有效改善中间包冶金效果;3个导流孔直径(mm)分别为93、72、36,位置(mm)为(220,140)、(350,280)、(700,300),倾斜角度为(21°,15°)、(8°,23°)、(10°,28°)时中间包流场最为合理。     

中间包内部结构对铸坯洁净度的影响

通过1:2.5中间包水模型试验对4流25 t两种控制装置中间包内流场进行了研究,并通过工业生产试验了原中间包和改变挡墙侧导流孔孔径、倾角,并增加湍流控制的改进型中间包对325mm×280 mm GCr15钢铸坯洁净度的影响。结果表明,改进型中间包能增加钢液在中间包内的停留时间,减小中间包的死区比例,提高夹杂物的去除率。与原中间包相比,从改进型中间包到铸坯过程钢中总氧去除率提高,大型夹杂物含量降低44.9%。     

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。     

连铸六流方坯中间包结构优化水模实验

为使天钢六流方坯连铸中间包内钢液流动特性更加合理,采用水力学物理模拟实验,研究了导流孔距底部距离为110、80、60、30 mm时钢液流的动特性。结果表明,随着导流口距底部距离的降低,中包死区比例降低,滞止时间增加。当取导流口距底部距离80mm时,在滞止时间没有明显缩短的情况下,将中包平均死区比例从17.47%降低到11.47%。     

薄板坯连铸单流中间包流场的数学模拟

采用数值计算的方法模拟单流中间包内钢液流动行为。计算模拟了无控流装置,应用挡渣墙坝,以及导流隔墙时中间包内钢液流动分布、温度场。结果表明：中间包无控流装置易在中间包中下部形成贯穿流,不利于新旧钢液混合以及夹杂物去除;导流隔墙可使钢液充分上扬,夹杂物易为覆盖渣俘获,有利于夹杂物去除;加装控流装置后,湍动能在到达控流装置前加强,有利于小粒径夹杂聚合上浮;而湍动能在经过控流装置后减弱,有利于钢液平稳流入结晶器;导流隔墙与堰坝组合均可使中间包内钢液充分混合,温度均匀,进出口温差减小。     

板坯中间包内钢液流动特性

通过开展中间包控流装置布置的正交试验,研究了反应器结构对钢水流动行为的影响.着重探讨了不同尺寸中间包的控流装置布置规律及其对钢液流动行为和夹杂物去除的影响,定量化得到了双流板坯中间包控流装置布置与死区体积和结构影响因子D的关系.实验结果分析表明:中间包内部分活塞流体积不利于夹杂物去除,死区体积可准确反映钢液的洁净度水平;出水口抽吸作用对钢液流动行为影响较大,挡坝布置在距出水口1000-1300 mm时钢液流动形态较好,夹杂物聚集导致的水口结瘤率低至7.5%;0.0035相似文献   

0.8 m/min拉速H异型坯中间包控流装置对传递性能影响的数值模拟

根据长8 m,钢水液位0.8 m的3流H型连铸坯中间包,采用FLUENT软件建立三维几何模型模拟研究了弧形挡墙导流孔直径D（100~200 mm）,导流孔高度H（350~550 mm）和两导流孔夹角θ（20°~50°）对中间包内钢液的流场和温度场分布、钢液的混合状况及不同粒径夹杂物上浮去除的影响,结果表明导流孔直径D 100 mm、导流孔高度H 550 mm、导流孔夹角θ 50°时,中问包综合传递性能最优,各流平均停留时间差和各出口钢水温度差较小,大颗粒夹杂去除率达76%。     

中间包导流挡板设计与冶金效果

为了提高6流方坯中间包冶金效果,通过中间包水力学模拟试验,研究了导流挡板中导流孔参数对中间包流场特征的影响,并对其进行极差分析,最终确定了导流挡板各参数影响中间包流场特征的主次顺序为:导流孔孔径＞倾角＞高度.并以此为指导思想,结合CFD数值仿真对导流挡板进行设计.设计方案为:3个导流孔直径分别为93、72、36 mm,位置分别为(220mm,140m m)、(350mm,280m m)、(700 mm,300mm),倾斜角度分别为(21°,15°)、(8°,23°)、(10°,28°).工业试验表明,设置该导流挡板装置可以有效改善钢液流动特性,提高中间包冶金效果.     

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。     

特殊非对称型12流35 t中间包的水模拟试验和控流装置的优化

通过几何相似比1:3的水模型试验分析了钢厂特殊非对称型12流200 mm×285 mm铸坯的35 t中间包的结构特点,得出原中间包不对称度较大,结构不合理,整体混匀效果和各流的一致性较差,需要设计有效的控流装置以改善其内部流动。水模拟结果表明,通过所设计的相对较大的冲击区和两个导流孔的优化方案,使得中间包的整体混匀效果和各流一致性都得到明显改善,其总体死区比例相对原型的27.96%降至8.94%;其各流平均停留时间的标准差降低74%。     

五流大方坯中间包控流装置优化的数值和物理模拟

针对280 mm×350 mm五流连铸35 t中间包第3流铸坯质量探伤不合格率较高的问题,采用数值模拟和几何相似比1:3水模型模拟,研究了控流装置对中间包钢液流动特性的影响,优化中间包流场。结果表明,原型中间包控流装置结构不合理,各流一致性差,尤其第3流短路流明显;采用中墙开两孔的2~#挡墙+圆形加檐的B型湍流控制器后,各流一致性明显改善,第3流短路流消除,其平均停留时间延长了242.1 s,同时中间包活塞区体积增加了5.7%,死区体积减小了1.1%,冲击区钢液流动平稳。     

三流中间包结构优化物理模拟

通过物理模拟的方法对某钢厂三流中间包进行结构优化。结果表明，原型中间包由于挡墙正前方开有小孔，易导致短路流现象的发生。此外，导流孔倾角小且其方向正对边部水口，导致钢液直接从边部水口流出，停留时间较短，死区比例也高达41.08%。对原型中间包导流孔进行优化后，最优方案“U9 T1”的流体停留时间由原型的346.50延长至451.83 s，死区比例降至22.29%，降幅高达45.74%。这有利于中间包内体积利用率的提高，对实际生产具有重要指导意义。     

4流大方坯45 t中间包流场的物理模拟和冶金效果

通过几何相似比1:3的水模型对钢厂4流410 mm × 530 mm大方坯连铸机的不同结构的40～50t中间包进行流场、温度场以及流动特征的研究,并得出最佳控流装置。研究结果表明,为满足4流大方坯中间包对流场的要求,有通道式感应加热装置的中间包与无通道式感应加热装置的中间包优化出的最佳控流装置不同。对于无通道式感应加热装置的中间包,采用最佳方案(湍流控制器+带导流孔的"V"型挡渣墙+挡坝组合的控流方式),延长了近流水口响应时间及平均停留时间,各水口钢液的流动模式趋于一致,中间包内钢液的流动特征得到明显改善。生产40Cr钢实践表明,可连浇8炉,各水口最大温差为4℃,中间包钢液中T[O]约为10×10^-6。     

12流小方坯6流中间包结构优化的数值模拟和冶金效果

利用数值模拟对宣钢12流150mm×150mm连铸机的35 t 6流中间包的三维流场、浓度场和温度场进行研究,得出了最佳控流装置挡渣墙孔径120 mm,水平偏角5°,竖直仰角5°。应用结果显示,优化结构中间包的流场明显改善,各流的流动特性趋于一致,钢液对第6流塞棒的冲击减轻,各流最大温差由原先的10 K降低至4K。且连浇时间由原先的20h延长到26h。     

二流T型23 t中间包控流装置的数值模拟和结构优化

通过计算流体力学软件FLUENT建立的数学模型对钢厂200 mm×1 600 mm铸坯二流T型23 t中间包现挡墙和坝、湍流控制器和坝、湍流控制器和现挡墙以及新挡墙4种结构方案进行三维数值模拟,研究原中间包及安装不同控流装置后的钢水流动特性。结果表明,在所有的设计方案中安装有湍流控制器和坝的中间包能够达到最佳优化效果;中间包的死区体积分率由30.18%降到16.51%,活塞流区与死区的体积分率比R_Vp/Vd由55.80%增大到129.44%;中间包内流动稳定,有利于夹杂物的上浮。     

挡墙结构对46 t中间包钢液流动特性影响的数值和物理模拟

通过采用流动力学软件FLUENT进行的数值模拟和几何相似比1:3的水模型分别研究了导流孔倾角30°的U型挡墙和导流孔倾角分别为20°,25°,30°的V型挡墙4种结构的挡墙对46 t两流T型Φ800 mm圆铸坯中间包钢液流动特性的影响,并采用稳态模拟计算中间包钢液的温度场分布。结果表明,两种模拟结果有良好的一致性;使用导流孔倾角20°的V型挡墙的中间包流动特性最佳,中间包出口流温差仅为4.0 K,整体最大温差为14.2 K,停留时间最长为803.1 s,死区体积分数最小为0.09,更有利去除钢液夹杂物,提高钢的洁净度。