宽规格板坯连铸结晶器浸入式水口的数值模拟

利用Fluent计算软件建立三维数学模型对马钢板坯连铸结晶器内钢液的流场和温度场进行数值模拟研究,并进行正交试验,分析了水口浸入深度(150～190 mm) 、水口侧孔倾角(-10°～-16°) 、水口侧孔与中孔的截面积比值(2,2～3.2)对拉速0.9 m/s,230 mm×1800 mm结晶器内钢液流动的影响。研究结果表明,水口浸入深度和倾角对结晶器液面波动F数和凝固坯壳厚度的影响较为显著。对于浇铸断面230 mm×1800 mm的结晶器浸入式水口的最佳工艺参数为:浸入深度170 mm、水口侧孔倾角13°、侧孔出口与中孔面积比2.7。     

浸入水口对结晶器内温度场的影响

通过对南钢板坯浸入式水口侧孔出口角度、开口面积及150 mm×3250 mm结晶器内温度场进行的数值模拟,分析了浸入口角度、开口面积、插入深度、拉坯速度等因素对于结晶器内温度场的影响。     

水口倾角对150 mm x380 mm矩形坯结晶器流场的影响

为减少矩形坯角裂、漏钢等缺陷,提高铸坯质量,进行改变浸入式水口出口倾角角度以优化结晶器流场的研究。通过Fluent软件,对150 mm×380 mm矩形坯结晶器钢液流动和凝固耦合过程进行数值模拟,得出水口倾角（15°~30°）对表面流速、表面湍动能和冲击深度的影响。结果表明,随水口倾角增加,平均表面流速下降,冲击深度增加,有利于稳定液面;但随倾角增加,液面波动小,不利于钢液搅拌和夹杂物去除,下部回旋区过低,坯壳变薄,容易产生漏钢;综合得出,150 mm×380 mm铸坯的水口倾角宜为25°。应用结果得出使用优化水口后,铸坯中夹杂物总数减少36%。     

浸入式水口结构对大方坯结晶器流场和温度场影响的数学模拟

利用Fluent软件针对南钢大方坯结晶器建立了三维有限差分模型,计算了连铸结晶器内的流场和温度场,分析了浸入式水口倾角和水口出口面积对结晶器内流场和温度场的影响。当浸入式水口倾角为10°时,大方坯结晶器流场和温度场分布较为合适;水口出口面高度为（18＋2×18）mm时,浸入式水口出口面积较合适。     

板坯结晶器内流场作用下钢液传热凝固的数值模拟

以钢厂230 mm×2 150 mm板坯连铸机为研究对象,通过三维数值模拟分析了拉坯速度(0.8～2.3m/min)、水口浸入深度(100～200 mm)、铸坯宽度(1 100～2 150 mm)对结晶器内流场作用下的钢液传热、凝固特征的影响。结果表明,拉坯速度等参数变化不会改变结晶器内钢液流动的基本特征,但会显著影响到结晶器内窄边坯壳的发育状况。水口浸深、铸坯宽度和拉坯速度的变化对于结晶器熔池液面钢水过热度也有不同程度影响:小断面,大拉速和水口浸入深度较小时熔池液面过热度较大,最大达6.2 K。     

板坯连铸浸入式水口控流的物理和数值模拟

浸入式水口结构从根本上决定了结晶器内的钢液流动形式，采用物理模拟和数值模拟方法研究了水口结构及铸坯断面尺寸对板坯结晶器流动行为的影响。通过解析速度云图、表面流速、液面波动、冲击深度及保护渣覆盖情况等特征参数，对结晶器内钢液流动行为进行多角度定量表征。结果表明，水口侧孔倾角向上对1 600 mm×220 mm断面结晶器流场液面扰动较大，其倾角向下15°时射流冲击深度较大，倾角向下8°时最为适宜。水口底部形状会影响钢液的湍动能耗散及流场对称性，对比后得出凹底水口为最佳水口形状。侧孔形状对表面流速影响较小，但对自由液面波动有显著影响，可能导致钢液裸露；当水口侧孔面积一致时，矩形侧孔水口条件下的结晶器液面裸露面积小于跑道形侧孔和方形侧孔情况。而在浇注不同断面尺寸时，仅通过改变水口结构和使用工艺难以获得合理的结晶器流场，还需要借助其他控制流动的手段来推动未来板坯多元化生产的发展。本研究可为改善板坯质量提供理论与工艺指导。     

水口倾角对150mm×380mm矩形坯结晶器流场的影响

为减少矩形坯角裂、漏钢等缺陷,提高铸坯质量,进行改变浸入式水口出口倾角角度以优化结晶器流场的研究。通过Fluent软件,对150 mm×380 mm矩形坯结晶器钢液流动和凝固耦合过程进行数值模拟,得出水口倾角(15°~30°)对表面流速、表面湍动能和冲击深度的影响。结果表明,随水口倾角增加,平均表面流速下降,冲击深度增加,有利于稳定液面;但随倾角增加,液面波动小,不利于钢液搅拌和夹杂物去除,下部回旋区过低,坯壳变薄,容易产生漏钢;综合得出,150 mm×380 mm铸坯的水口倾角宜为25°。应用结果得出使用优化水口后,铸坯中夹杂物总数减少36%。     

280 mm×380 mm铸坯结晶器内钢水凝固与传热仿真研究

通过CFX4.4商用软件对280 mm×380 mm连铸坯结晶器内70L钢水流动传热、凝固过程进行了数值模拟,评估浸入式水口结构对结晶器综合冶金效果的影响.结果表明,随两侧孔浸入式水口插入深度和倾角的增加,坯壳厚度由宽面中心到角部逐渐减薄,但厚度比较均匀,高温区面积随之增大,位置下移;拉坯速度增加,宽面到窄面的坯壳厚度均有明显减薄.     

宽板坯连铸结晶器内钢液流动的数值模拟

结合水模型实验,应用商业软件Phoenies模拟230 mm×2 000 mm连铸坯结晶器内钢液流场。研究了浸入式水口底型、插入深度、出口倾角等工艺参数对钢液面波动及流股对结晶器窄面冲击力的影响,并用水模型实验进行验证。结果表明,合理的浸入式水口结构尺寸和工艺参数为:凹底结构、插入深度120 mm、倾角15°。     

CSP结晶器内流动与传热过程的计算机模拟

对CSP薄板坯漏斗形结晶器内的流动与传热行为进行了计算机模拟研究。考察了水口结构形状、拉坯速度及水口插入深度对结晶器内流场、温度场和凝固的影响，为与薄板坯连铸结晶器相适应的浸入式水口结构形状选型提供依据和指导。     

大方坯连铸结晶器内钢水流场的数值模拟

 采用数值模拟的方法对大方坯结晶器内钢水流动过程进行了理论计算和分析,评估了浸入式水口结构对结晶器综合冶金效果的影响,并讨论了有关工艺参数与浸入式水口结构参数的关系。结果表明,浸入式水口结构及其工艺参数对结晶器内钢水流场分布及湍流粘度分布影响显著。     

160 mm×160 mm小方坯连铸结晶器内流场数值模拟

采用Fluent软件对断面为160 mm×160 mm小方坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以结晶器表面流速以及结晶器内钢液的流场状态为主要参考目标,模拟研究了160 mm×160 mm小方坯结晶器在不同拉速条件下相适应的水口浸入深度,并对数值模拟结果相应地进行了水模拟验证。结果表明,当小方坯结晶器的拉速为1.7 ～1.9 m/min、浸入深度为80～100 mm时,结晶器内流场较为适宜,不会因液面波动剧烈而造成卷渣等问题。研究结果为小方坯连铸结晶器制定合理的浇注工艺提供了理论指导。     

180 mm×610 mm板坯连铸结晶器内流场水模型及数值模拟

以北方某钢厂断面为180 mm×610 mm板坯连铸结晶器为原型,针对其生产过程中出现的表面流速波动较大、易卷渣等问题,采用Fluent数值模拟软件,对其浸入式水口底部结构、浸入深度和拉速等工艺参数进行了优化研究,并对数值模拟结果进行了冷态水模拟验证。结果表明,当不改变浸入式水口底部结构,水口浸入深度为100 mm时,拉坯速度应不超过1.45 m/min;当拉坯速度提升至1.55 m/min时,水口浸入深度应保持在120～130 mm时较为合适;若要保持原有工艺条件(拉速为1.55 m/min、浸入深度为100 mm)不变的情况下,应将水口底部结构改为凹槽深度为10 mm的凹面水口,此时结晶器表面流速较为适宜。     

水口结构对连铸中低碳钢流场和温度场的影响

 为研究水口结构形状对连铸中低碳钢结晶器内流场和温度场分布的影响,采用有限容积法建立连铸圆坯三维数学模型,模拟了不同水口形状下圆铸坯的流场和温度场。结果表明,在水口浸入深度为80 mm、其他参数不变时,与直水口相比,旋流水口使钢水冲击深度降低,结晶器内涡流增强,弯月面温度和二冷区凝固率提高,且随着水口数量的增加,弯月面波高和结晶器出口温度降低;采用旋流水口并施加结晶器电磁搅拌(M EMS)时,结晶器中钢液温度升高,弯月面有卷渣行为,结晶器出口未形成凝固坯壳。在实际应用中,应避免同时使用M EMS和旋流水口,或使用旋流水口时采用低强度的M EMS。     

大方坯结晶器内液面波动与卷渣行为

为深入揭示不同水口类型对结晶器内钢液初始流动的影响,以某厂410 mm×530 mm的大方坯结晶器为原型,基于相似原理,采用1:1的物理模型,比较了直通型、五孔和四孔水口浇注时在不同拉速和浸入深度下的结晶器内液面波动和渣层状态。结果表明,3种水口的液面平均波高范围分别为0.20~0.30、0.23~1.10、0.35~1.28 mm。五孔水口和四孔水口的液面波动均比直通水口剧烈,渣层比直通水口活跃,尽管有轻微卷渣但无裸钢现象,这有利于保护渣的熔化和夹杂物的上浮去除。五孔水口和四孔水口对结晶器壁面的冲击比直通水口强,有助于铸坯中心等轴晶率的提高。推荐该大方坯使用多孔水口时浸入深度和拉速分别为170 mm和0.38 m/min,可保证生产顺行和铸坯质量改善。     

厚板坯连铸结晶器流场数值模拟

针对鞍钢新轧钢第一炼钢厂厚板坯连铸结晶器建立了三维湍流数学模型和三维实体模型.应用有限元软件对厚板坯连铸结晶器内的流场进行了模拟,计算了铸机拉速、浸入式水口出口倾角和水口浸入深度等工艺参数对结晶器内钢液流动的影响.对比表明,数值模拟结果与水模实验结果相符.     

大方坯结晶器内流场及自由液面的数值模拟

对大方坯结晶器内钢水流动过程进行理论计算和分析,评估浸入式水口结构对结晶器内流场、自由液面波动的影响,并讨论有关工艺参数与浸入式水口结构参数之间的关系。     

浇铸参数对结晶器液面波动影响及其工业应用

 板坯连铸结晶器液面的波动行为是结晶器内钢液流动、结晶器自身振动以及辊子挤压铸坯内部未凝固的钢液造成液面波动综合作用的结果。结晶器液位波动的稳定性对板坯连铸过程的卷渣行为有直接影响。在工业板坯连铸生产实践中,一般在结晶器某一区域(比如结晶器中部)利用放射源或涡流传感器检测液位波动来代表该工况下的整体波动水平。利用三维气液两相流动的数学模型研究了浇铸参数对结晶器液位轮廓的影响,浇铸参数包括拉速、吹氩流量、浸入式水口出口角度和浇铸断面。研究结果表明,结晶器不同宽度位置的波动幅值差异较大,且与工艺参数密切相关。液面的波峰与波谷之差随着拉速的增加在窄面附近逐渐增大,随着吹氩流量的增加在水口附近逐渐增大。在水口出口角度15°条件下,水口和窄面附近的液位波动均较大,而在水口出口角度45°条件下,仅在水口附近存在较大的液位波动。研究结果表明,使用板坯连铸常规的15°浸入式水口,当铸坯宽度大于800 mm时,结晶器液面检测需要在水口和窄面附近同时布置液位检测设备,以便更全面反应结晶器的真实液面行为,使液面波动对轧板表面质量指导性增强,有效提高连铸工艺的控制水平。如使用45°浸入式水口可以继续沿用原有的液位检测布置。     

鞍钢二炼钢厂小方坯连铸机浸入式水口结构优化研究

阐述了使用物理模拟方法，以鞍钢二炼钢厂小方坯连铸机为原型，进行了浸入式水口结构参数优化实验，得到了适合鞍钢二炼钢厂生产需要的浸入式水口结构参数，并分析了浸入式水口的结构参数对结晶器内钢液流动状况的影响。     

浸入式水口倾角对宽幅连铸结晶器内流动行为的影响

浸入式水口出口角度影响射流的动能损失,进而影响结晶器内的流动行为.建立了比例为1 ∶ 4的水模型,在模型拉速为0.425 m/min、水口浸入深度为40 mm的条件下,借助粒子图像测速技术研究了浸入式水口出口倾角为0°和+5°对宽幅连铸结晶器内流动行为的影响.结果表明,0°和+5°水口条件下,射流在模型内的流动方式有很...