大管坯连铸中间包钢液内夹杂物去除的研究

通过中间包水模型试验和工业试验研究了U型挡墙中间包和Y型挡墙中间包对夹杂物去除的影响.结果表明:Y型挡墙中间包能提高夹杂物的去除率.与U型挡墙中间包相比,从中间包到铸坯,钢中平均总氧去除率显著提高,铸坯中大于50μm的夹杂物显著减少,而显微夹杂数目变化不大;同时Y型挡墙中间包内各流夹杂物分布较均匀.使用U型挡墙中间包时,中间包到铸坯过程吸氮较少.     

连铸中间包内夹杂物去除的水模拟试验与工业实践

通过中间包水模型试验和工业试验,研究了U型挡墙中间包和Y型挡墙中间包对夹杂物去除的影响。结果表明：Y型挡墙中间包能提高夹杂物的去除率。与U型挡墙中间包相比,从中间包到铸坯过程钢中平均总氧去除率显著提高,铸坯中大型夹杂物含量显著减少,而显微夹杂数目变化不大;同时Y型挡墙中间包内各流夹杂物分布较均匀。使用U型挡墙中间包时,中间包到铸坯过程吸氮较少。     

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。     

连铸中间包钢水流动及夹杂物运动的数值模拟

本文对某厂的连铸中间包两种不同流动控制条件下的钢水流动进行了三维数学模拟.湍流的模拟采用κ-ε双方程模型.通过分析夹杂物所受力的平衡建立了夹杂物运动方程,主要考虑了流体的拖曳力和来自于夹杂物和钢水之间密度差的上浮力,并通过随机运动模型模拟了湍流脉动对夹杂物运动的影响,计算了多粒径夹杂物的三维运动及其轨迹.模拟结果表明,如果挡墙上方有钢水流过,将会在挡墙上方附近产生较大的流速和强烈的涡流,并且钢水从不同方向向一个界面(界线)流动,导致不同流向的钢流相互碰撞,所有这些都将导致卷渣和重新卷入夹杂物.因此,钢水液面大于挡墙高度对夹杂物的去除不利.采用全挡墙(即挡墙与中间包钢水高度一致,挡墙上合理布置出孔)的条件下产生的钢水流动方式有利于夹杂物的去除.计算表明在挡墙合理布置出孔的情况下,如果挡墙高度和钢水深度都是1000mm时,50μm的夹杂物可以安全去除32%;而当钢水液面高度为780mm,挡墙高度为660mm时,50μm夹杂物仅可以安全去除13%.为了更有效的去除夹杂物,抑制涡流形成引发的渣乳化,引起卷渣以及重新卷入已经去除到顶渣的夹杂物,中间包钢水深度应该大于1000mm.     

中间包双层挡墙钙镁质填料对钢液夹杂物的影响

带填料的双层挡墙是1种新型的中间包控流装置,选择合适的填料可以更好地去除钢液中夹杂物。研究了使用钙镁质耐火材料作为双层挡墙的填料时,钙镁质耐火材料中w(CaO)对去除钢液夹杂物的影响。研究发现:填入w(CaO)为20%的钙镁质耐火材料时,试样钢中单位面积的夹杂物减少12.92%;而填入w(CaO)为30%的钙镁质耐火材料时,试样钢中夹杂物减少了25.84%。可以看出,钙镁质耐火材料作为中间包双层挡墙填料可以强化中间包去除夹杂物的效果。     

中间包吹氩去除夹杂物的模拟研究

通过水模型模拟实验,选用苯胺模拟夹杂物,有机硅油模拟中间包渣,研究了中间包吹氩去除夹杂物的效果;通过刺激—响应法测定中间包吹氩RTD曲线,探讨了中间包吹氩去除夹杂物的过程和机理。研究结果表明:在中间包吹氩条件下,活塞区体积分数最大的吹氩位置不一定会得到最大的夹杂物去除效果,在注流区附近吹氩,不但可以提高气泡捕捉夹杂物颗粒的概率,而且促进了夹杂物颗粒相互碰撞长大,去除夹杂物效果更为明显。     

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。     

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。     

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。     

气幕挡墙中间包钢水流动的数值模拟

根据二流连铸1500mm×250mm板坯时中间包的操作工艺参数,采用欧拉两流体模型,多孔介 质模型和拉格朗日随机轨道模型,模拟计算了采用湍流控制器和气幕挡墙技术的中间包内钢液流动特性和 夹杂物的运动轨迹,并用Monte-Carlo法统计了夹杂物的总去除率。模拟结果表明,采用中间包气幕挡墙技术 可以有效改善钢液的流动特性,延长钢液停留时间,减小死区体积;当吹气量为0.90m³/h时,夹杂物去除率比 不吹气工艺增加15.6%     

Water Modeling of Optimizing Tundish Flow Field

 In the water modeling experiments, three cases were considered, ie, a bare tundish, a tundish equipped with a turbulence inhibitor, and a rectangular tundish equipped with weirs (dams) and a turbulence inhibitor. Comparing the RTD curves, inclusion separation, and the result of the streamline experiment, it can be found that the tundish equipped with weirs (dams) and a turbulence inhibitor has a great effect on the flow field and the inclusion separation when compared with the sole use or no use of the turbulent inhibitor or weirs (dams). In addition, the enlargement of the distance between the weir and dam will result in a better effect when the tundish equipped with weirs (dam) and a turbulence inhibitor was used.     

中间包底吹氩行为的数值模拟

 根据某钢厂连铸中间包的实际操作参数,采用欧拉两相流模型,气体入口边界条件按照多孔介质进行处理,利用CFX软件模拟计算了底吹氩中间包内钢液的流场。结果表明:底吹氩气技术代替上挡墙或下挡墙2种情况下,注入区钢液混合加剧,有利于夹杂物碰撞长大。浇注区靠近液面处速度提高易引起卷渣。当采用湍流控制器、上挡墙、下挡墙、底吹氩技术时,吹氩位置对钢液流动的影响较大,当在湍流控制器和上挡墙之间吹入气体时,钢液的流动特性有利于夹杂物的上浮去除。     

板坯连铸中间包结构优化的研究

结合某公司双冲击点板坯中间包生产现状,利用水模实验对中间包内钢水流动特性进行了研究.结果表明:原中间包结构存在明显的短路流,钢水停留时间偏短,死区体积分率偏高,不利于夹杂物上浮去除.同时,由于在高度较大的两湍流控制器间钢水不能流出,影响金属收得率.这种具有双冲击点的中间包,应按照对称的两个单流板坯中间包进行结构优化.采...     

Steel flow and inclusion separation in continuous casting tundishes

A model for the calculation of flow patterns and inclusion separation in continuous casting tundishes is described. Velocity and turbulence fields for the liquid steel are calculated, assuming three-dimensional, turbulent steady-state flow. A transport equation for particles is solved, which takes into account buoyancy, convection und turbulent dispersion. Particle concentration fields and the percentage of removed particles are calculated as a function of particle rise velocity. The influence of increased tundish width and height and of dams and weirs on the rate of inclusion separation is investigated for a slab caster tundish. Non-dimensional representations and approximation expressions are discussed and used to compare the computed removal rates to measured values from literature.     

连铸中间包用耐火材料冲蚀的数值模拟

建立了中间包内钢液-夹杂物两相流对耐火材料冲蚀的数学模型,并对设置有湍流控制器、挡渣堰、挡渣坝中间包耐火材料的冲蚀特性进行了数值模拟计算。计算结果表明,中间包内冲蚀率最大的位置在湍流控制器内,其次是注入区近渣线处包壁、挡渣堰与挡渣坝迎向钢液流动一侧壁面,其他区域耐火材料的冲蚀很小,可以忽略不计。     

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.      

马钢异型坯连铸中间包冶金性能数模研究

采用数模对马钢异型坯的中间包冶金性能进行研究,分析了中间包的流场,钢水平均停留时间,夹杂物的运动规律。计算结果表明,现场使用的无流动控制的中间包,１流区域钢水流动缓慢,３流和４流有明显的短路流,夹杂上浮排除率较低。加入档墙后,消除了３、４两流的短路流,夹杂上浮排除率增加,中间包的冶金性能有明显地改进。     

几种中间包控流装置的作用及比较

 中间包内设置控流装置对钢水流动行为和夹杂物去除影响显著。采用物理模拟的方法,系统研究和比较了常规双挡墙、湍流控制器、导流挡板和透气砖吹氩对中间包流体流动特征的影响。结果表明,湍流控制器可起到减小钢水喷溅、防止二次氧化和改善流体运动路线的作用,并减少短路流的发生。导流挡板与双挡墙比较,最短停留时间变化不大,但死区体积更小。与双挡墙相比,透气砖吹氩的最短停留时间提高不多,但峰值时间增加明显,死区体积大大降低。     

连铸中间包内钢水流动的数学模型

开发了一个求解三维湍流N-S方程的计算机程序, 根据上海梅山冶金公司炼钢厂连铸中间包的结构和操作工艺参数, 建立了描述钢水流动的数学模型, 并利用该程序进行仿真计算, 分析中间包内钢水流动的合理性, 同时对中间包使用上、下挡墙后, 钢水流动状况进行分析预测, 并对中间包结构改造和操作优化提出建议。     

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.