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。     

板坯连铸结晶器钢液流场的数值模拟

 运用Fluent软件,对断面150 mm×460 mm的板坯结晶器钢液流场进行了数值模拟,研究了不同水口侧孔面积和长宽比条件下流场的变化情况,并对倾角和插入深度等参数进行了优化。结果表明,长宽比一定时,面积比越大则液面最大速度越小,冲击深度和冲击压力也越小。面积比一定时,大的长宽比有利于减小液面最大速度、冲击压力以及流股对窄面的冲刷。确定了在不改变水口内径、底面形状和出口形状的前提下,适合该结晶器水口的侧孔断面为25 mm×40 mm,倾角为15°,插入深度为200 mm。     

475 mm特厚板坯连铸结晶器浸入式水口优化数值模拟研究

特厚板坯连铸技术主要应用于特种装备制造领域,市场需求量较大。浸入式水口的结构是决定结晶器中流场流动行为的关键因素。本研究通过建立三维数值模型,研究浸入式水口侧孔倾角对475 mm特厚板坯结晶器内流场流动行为、温度场和凝固坯壳分布的影响。结果表明,水口侧孔倾角对钢液流动行为影响显著：当侧孔倾角由-20°调整至-10°时,射流冲击深度由660 mm减小至545 mm,结晶器自由液面平均温度升高4 K;此外,侧孔倾角的减小使凝固坯壳尤其是窄面坯壳厚度增加6 mm。综合考虑,当水口侧孔倾角为-10°时,结晶器性能最佳,此时的液面流动较活跃,结晶器保护渣和液面之间的传热性良好,出口处的壳体厚度均匀,足以满足生产需要,可有效避免漏钢现象发生。     

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。     

柳钢板坯连铸结晶器流场优化

结合柳钢炼钢厂3号板坯连铸机的工艺参数,采用水力学模型物理模拟,通过测量结晶器液面波高和注流冲击深度,研究了浸入式水口侧孔形状、侧孔倾角、插入深度和拉速对结晶器流场的影响规律;采用数值模拟,分析了优化后结晶器的流场特征及钢液面的运动速度.结果表明:水口侧孔形状为椭圆形,侧孔倾角为18°,插入深度为160 mm时,在中高拉速下都能获得合理的结晶器流场.应用生产后,铸机年平均漏钢次数下降了43.1 %,铸坯表面清理率下降了44.9 %,冶金效果明显.     

板坯连铸机结晶器内钢液流场的数值模拟

基于流体力学的基本理论,利用商业软件fluent的,κ-ε湍流模型,实现了对结晶器内钢液流场的三维数学模拟.重点分析了浸入式水口的形状、插入深度、水口侧孔倾角以及拉速等工艺参数对结晶器钢液流场的影响.结果表明,对于断面为1280 mm × 180 mm的板坯结晶器,水口插入深度为150 mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1 m/min时,结晶器内的流场较好.     

板坯连铸结晶器浸入式水口工艺参数的模拟正交试验

利用流场计算机软件PHOENICS 3.4建立的三维有限差分模型模拟邯钢 16 2 4mm× 2 2 8mm板坯连铸结晶器内钢液的流场和温度场 ,并采用正交试验方法对影响钢液流动的主要因素 :水口浸入深度、倾角、水口内径和侧孔截面积进行研究和分析。结果表明 ,水口浸入深度和倾角对冲击点温度指标和液面卷渣指标影响显著。该板坯连铸结晶器浸入式水口最佳工艺参数为 :浸入深度 12 0mm ,倾角 15° ,内径 6 3 75mm ,侧孔截面积 6 0mm× 6 5mm。     

板坯连铸结晶器液面波动行为数值模拟

以转炉厂一台板坯连铸机为研究对象,生产铸坯断面为230 mm×1 255 mm,运用ANSYS分析软件建立结晶器三维流动—传热耦合模型研究结晶器内钢渣界面波动,主要考虑了水口倾角、浸入深度和侧孔面积等工艺参数对界面波动的影响。结果表明,工况条件下液渣波动过大的原因是水口内径偏小造成结晶器内钢流速度过大;侧孔倾角的增大,液渣波动明显减弱,综合考虑倾角在20°～25°较适合;浸入深度在140～160 mm变化时,其对液渣波动影响较小;随侧孔面积的增大,液渣波动反而增大。     

280 mm×380 mm方坯连铸结晶器钢水流场的数值模拟

借助商业软件CFX4.4,对拉速0.8 m/min、两孔浸人式水口结构内腔中的钢水流动和(mm)280×380 ×800结晶器内70L(0.70%C)钢水流场进行了数值模拟。结果表明,侧孔倾角度10°、20°时,结晶器液面附近有二次漩涡出现,易造成卷渣;倾角30°时,液面相对平静;水口插入深度175~225 mm时,水口射流对结晶器钢水液面没有明显的冲击。     

中薄板坯连铸结晶器钢/渣界面行为数值模拟

利用VOF（volume of fluid）方法和Lagrangian离散模型模拟了厚度为135mm中薄板坯连铸结晶器内的钢液流动及钢／渣界面波动行为,分析了结晶器宽度、水口浸入深度、水口侧孔倾角、拉速和吹氩对结晶器内钢液流动和液面波动的影响规律．结果表明：钢液从三孔浸入式水口流入结晶器后形成上、下三个回流区;吹氩使结晶器上回流区靠近水口附近形成二次涡流;在一定拉速下,增加水口侧孔倾角和浸入深度均能有效抑制钢／渣界面波动;增加拉速和在一定拉速下增加结晶器宽度均将加剧液面波动．     

环缝气流冲击雾化制粉喷嘴流场特性的仿真研究

分析了一种环缝气流冲击雾化制粉喷嘴的结构和工作原理, 并对该雾化喷嘴模型进行了流场分布数值仿真, 研究了不同进气压力和窄缝倾角对流场速度分布的影响。研究结果表明, 从进气管入口到气流冲击雾化喷嘴出口, 加速气流速度保持最大值不变, 在距进气管入口中心线上80 mm位置之后逐渐减小; 随着进气压力的增加, 气流冲击雾化喷嘴出口速度表现出明显的增加趋势, 且仿真结果与理论计算结果误差在10%范围以内。随着窄缝倾角的增加, 负压涡流逐步向进粉管靠近, 回流区、分离区和混合区的最大速度值表现出单调增加的变化规律; 综合考虑气流冲击效果和喷射速度, 确定最优的窄缝倾角50°~60°。     

CSP结晶器内钢液流动的水模型研究

采用1:1水力学模型对厚度60 mm薄板坯连铸水口浸入深度220～310 mm、出口角度-30°～-60°、拉速4.2～6.0 m/min条件下CSP结晶器内钢液流动行为进行模拟研究。在拉速4.2～5.0 m/min时双侧孔水口下CSP结晶器流场股流冲击深度达850～1010 mm;流场内存在三个滞区,液面波动不稳定;水口角度对结晶器窄面和水口附近波动影响很显著,拉速对结晶器和窄面中心处波动影响较大,浸入深度对水口附近波动影响较大。     

立式板坯连铸机结晶器内液面波动的物理模拟

为优化200 mm×1 300 mm立式板坯连铸结晶器浸入式水口,采用1:1水模型模拟研究水口结构参数(侧孔断面-40 mm×80 mm,40 mm×40 mm和侧孔角度+15°和-15°)以及工艺参数(浸入深度-100～130 mm,拉速0.45～0.65 m/min)对液面波动的影响。结果表明:水口结构参数对液面波动的影响较明显;侧孔断面40 mm×40 mm,侧孔角度+15°的2^#水口的使用性能相对较好;浸入深度对液面波动量的影响不大;拉速对液面波动的影响与水口结构有关,对拉速变化的敏感程度由大到小的次序是2^#水口(40 mm×40 mm,+15°),4^#水口(40 mm×40mm,-15°),3^#水口(40 mm×80 mm,-15°),1^#水口(40 mm×80 mm,+15°)。     

220mm x 1600mm板坯连铸浸入式水口倾角优化的数值模拟和应用

使用数值模拟方法研究了拉速0.9m/min时,水口倾角-7°~-11°对220mm×1600mm板坯结晶器内坯壳厚度、坯壳温度和自由液面流动的影响。模拟和应用结果得出,以拉速0.8m/min,水口倾角-15°工艺下钢液流动为标准,通过对比计算结果与标准工艺曲线,确定在0.9m/min拉速时,水口倾角为-11°为最佳工艺方案。生产应用结果表明,采用优化工艺后结晶器窄面报警频率由原15次/月降至0次/月,铸坯表面质量也有一定改善。     

薄板坯连铸十字出口形浸入式水口结构优化的水模型研究

针对150 t钢包、28 t中间包、60 mm薄板坯连铸的生产条件,采用正交设计的1:2水模型实验,通过测量结晶器液面波高和注流冲击深度,研究了十字出口形浸入式水口出口面积比(2.0～2.4)、出口倾角(15°～35°)、浸入深度(210～270 mm)和拉速(4.0～5.0 m/min)对结晶器流场的影响。结果表明,十字出口形浸人式水口最佳结构为出口面积比2.4,出口倾角25°,在浸入深度240 mm时,可以满足高拉速生产要求。     

连铸结晶器内钢液流场的水模型研究

采用1:1水模型研究了260 mm×300 mm坯连铸结晶器中钢液在拉速0.5～0.8 m/min、浸入深度90～120 mm和5种水口结构时的流场。试验结果表明,合理的水口结构有利于降低冲击深度,现有的直筒型水口过大,优化后的水口可使冲击深度降低30%～40%;随拉速增大,冲击深度增加,而浸入深度对冲击深度影响不大。     

板坯连铸结晶器钢液流场的数学模拟

用Fluent流体力学的三维计算软件 ,运用湍流脉动动能κ方程和湍流脉动动能散耗率ε方程的κ-ε双方程模型在给定的数值计算条件下 ,对板坯连铸结晶器内钢液的流场进行了模拟研究 ,结晶器钢液流场的基本特征为 :在结晶器出口方向存在一个速度较快的水平流 ,其冲击到结晶器壁时形成回流 ,把结晶器内钢液分割成上下两个回流区。通过数值计算得出 ,1250 mm × 200 mm板坯结晶器水口合适插入深度为 175mm ,出口倾角 16°～18°和合适拉坯速度为 10～12m/min。     

Effects of several casting parameters on slag entrapment in mould (part B:numerical modeling)

Based on the effects of several casting parameters on slag entrapment in the mould (water modeling),the numerical modeling was researched. The results show that the flow field with a submerged nozzle section dimension of 65 mm×80 mm is better than that with a submerged nozzle section dimension of 40 mm×40 mm and is favorable for avoiding slag entrapment. In this paper,low surface velocity,small level fluctuation and proper impact depth can be achieved with a nozzle of an outlet angle of 25° and an immersion depth of 150 mm,or with a prototype nozzle of an outlet angle of 15° angle and an immersion depth of 150 mm.