板坯连铸结晶器内钢水流场和传热凝固数值模拟

 以鞍山钢铁集团公司中薄板坯连铸机为研究对象,利用商业软件CFX44对结晶器内钢水流场和传热凝固进行了数值模拟,主要研究了三孔浸入式水口的冶金特征及其对结晶器内钢水流场和温度场的影响。结果表明,采用三孔浸入式水口可以优化结晶器内钢水流场和温度场,稳定坯壳发育和成形,防止拉漏。     

中薄板坯连铸结晶器内钢水流场的数值模拟

 以鞍钢中薄板坯连铸机为对象，在商业软件CFX44的平台上对结晶器内钢水流动和液面波动过程进行了数值模拟，重点研究了其所独有的3孔浸入式水口的冶金功能。针对3孔浸入式水口不同侧孔倾角和浸入深度，数值模拟对结晶器内钢水流动做出了较为详细的预报，研究工作就此分别考察了水口中心孔流量变化和钢水液面波动幅度。     

FTSC薄板坯连铸结晶器流场数值模拟

利用商业软件GAMBIT和FLUENT，针对FTSC薄板坯连铸结晶器，建立三维有限体积模型，用来描述结晶器内钢液流动特征。在此基础上，分析了浸入深度、拉坯速度以及水口倾角等参数对结晶器流场的影响，为FTSC薄板坯连铸结晶器相适应的浸入式水口结构尺寸优化提供参考。     

改进浸入式水口吐出孔设计优化结晶器内钢液流态

为了优化连铸过程中结晶器内的钢液流态,世界各地的钢厂在改进浸入式水口吐出孔设计方面取得了一定的进展。该技术对于连铸工序实现高效生产高品质钢显得更为重要。一般说来,要实现连铸机高效生产,必须增大浸入式水口的内径和吐出孔尺寸,以增加通钢量,从而提高生产效率。但是,浸入式水口吐出孔尺寸增大后,钢液出口形成的非均匀流导致结晶器内钢水波动及保护渣卷渣夹杂,使钢质降低,且可能导致漏钢。叙述了塔塔钢铁英国公司带钢生产部门的塔尔博特港厂3号连铸机水口设计的技术进步。通过改进水口吐出孔设计,优化浸入式水口吐出孔钢液流态,进而降低结晶器内的钢液波动,减少卷渣夹杂。此外,还对塔尔博特港厂采用改进式水口后的结晶器内钢液流态和钢质进行了调查和评估。叙述了该厂3号铸机改善结晶器钢液流态所做的工作。     

浸入式水口自动变渣线技术在莱钢宽厚板坯连铸机中的应用

浸入式水口是连铸机浇注过程中重要的环节之一,它承接钢水从中间包到结晶器,是实现连铸无氧化浇注的重要保证。本文提出的一种连铸机浸入式水口自动变渣线的技术,是通过自动调节水口渣线部位,严格控制水口在结晶器内局部浸蚀的时间,按时间段对水口渣线部位置进行自动调节。解决了现有技术中因采用人工方式进行变渣线操作不能准确的对浸入式水口进行精确控制操作,使得浸入式水口在结晶器内局部被过度侵蚀穿孔,导致连铸机液面不稳定的弊端并严重影响浸入式水口的使用寿命的问题。     

薄板坯连铸结晶器内流动传热行为的研究

基于珠钢CSP薄板坯连铸机设备工艺条件和所采用扁平浸入式水口结构,结合铜板测温导出的热流密度分布进行了漏斗形结晶器内钢水流动、自由液面以及传热凝固等冶金现象的综合描述和数值分析.结晶器熔池中以两个上旋涡为主的钢水循环流动局限在漏斗形结晶器内,上旋涡流股冲击和离开熔池液面分别对液面起伏波动有所贡献,弯月面下距窄边100 mm范围内有二次涡形成.除水口下方两侧存在两个具有明显过热的高温区外,熔池中绝大部分钢水的温度在液相线附近保持恒定,铸坯表面温度分布和坯壳发育过程均反映出水口高温射流的影响,铸坯表面最高温区位于熔池液面下方靠近结晶器窄边的地方.     

薄板坯连铸结晶器钢液流动数值模拟

以唐钢第一炼钢厂薄板坯连铸机为背景,利用商业模拟软件FLUENT,根据热轧薄板厂目前连铸操作的工艺参数,采用湍流模型建立数学模型,模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液流场分布情况,系统地研究了水口结构、水口上出口倾角在指定拉速、浸入深度下对结晶器内流场的影响,为水口优化提供理论依据。在固定拉速和指定的浸入深度条件下,通过对比分析几种不同水口结构对结晶器内流场及温度场影响规律,最终确定采用五孔水口上出口倾角取15°为最佳水口结构方案。     

薄板坯连铸结晶器内腔形状的优化

以薄板坯连铸机的结晶器为研究对象，利用计算机仿真技术，在不同结晶器图形方案下系统地比较了结晶器伸入式水口、钢液流动及传热、保护渣、凝固坯壳应力对薄板坯连铸工艺的顺行和铸坯质量的影响；并提出了薄板坯连铸机适宜的结晶器内腔形状以及与之相适应的伸入式水口结构形状。该研究结果为进一步优化薄板坯连铸结晶器内腔形状及工艺参数提供了依据。     

梅钢连铸板坯边裂的成因与对策

通过对梅钢炼钢厂连铸机板坯边裂的现场调查、测试和统计,分析了板坯边裂的成因,并提出了相应的对策,指出结晶器足辊变形、结晶器倒锥度不合适、结晶器内钢水偏流、结晶器角缝挂钢、浸入式水口参数及吹氩操作等是产生连铸板坯边裂的主要原因。     

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。     

板坯连铸结晶器内钢液表面流速的水模型研究

以承德钢铁厂板坯连铸结晶器为原型,采用1∶1的水模型进行试验,研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面结构及结晶器断面宽度等工艺参数对板坯结晶器内表面流速的影响。结果表明:拉速对表面流速的影响最大,随着拉速的提高,结晶器内钢液表面流速明显增大,当断面宽度为1 650 mm,拉速由0.7 m/min提高到1.4 m/min,表面流速由0.04 m/s提高到0.1 m/s;波浪面结构的浸入式水口表面流速效果最优。     

浸入式水口底部结构对板坯结晶器内钢液流场和温度场的影响

用PHOENICS软件计算了板坯结晶器内流体的三维流场和温度场。比较和分析了浸入式水口底部结构对结晶器内流场和温度场的影响,为优化浸入式水口结构参数提供参考。     

电磁制动下结晶器内流体流动行为的数值研究

 数值模拟了在电磁制动作用下结晶器内金属液的流动行为,并研究了诸如磁感应强度,水口出口角度和磁场位置等各种操作条件对电磁制动效果的影响。数值模拟结果表明：应用电磁制动使结晶器内的流场有很大的改变。施加0.5 T的磁场使结晶器内金属液的表面流速最小,这一计算结果与实验结果十分吻合。为此,应用磁场对结晶器内的流场进行控制,有必要在一定的浇注条件下优化磁感应强度的大小。当磁感应强度、拉坯速度和水口出口角度一定时,磁场位置与水口浸入深度之比有一最佳值,可达到理想的电磁制动效果。     

1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场与温度场数值模拟

为研究连铸工艺参数对结晶器内部钢液的作用规律,对涟钢1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场和温度场进行了系统的数值模拟,研究了不同吹氩量(0～7 L/min)、不同水口浸入深度(110～150 mm)和不同拉速(0.9～1.2 m/min)对结晶器内钢液行为的综合影响。结果表明,随着吹氩量增加,自由液面的钢液流速和温度总体呈现降低的趋势;随着水口浸入深度增加,自由液面的钢液流速先降低后增加;随着拉速增加,自由液面的钢液流速增加;水口浸入深度和拉速对温度场的影响较小。当吹氩量为5 L/min、水口浸入深度为130 mm、拉速为0.9 m/min时,结晶器自由液面具有较小的钢液流速和湍动能,同时液面具有较好的温度均匀性。通过数值模拟研究,为合理选择结晶器相关工艺参数提供了理论依据。     

Numerical Simulation of Fluid Flow and Heat Transfer in Funnel Shaped Mold of Thin Slab Continuous Caster

SymbolList Ab,An———Surfaceareaofbroadfaceandnarrowfaceof moldrespectively,m2;Cp———Effectiveheatcapacity,J·kg-1·K-1;Cp,s———Heatcapacityofsolidphase,J·kg-1·K-1;Cp,l———Heatcapacityofliquidphase,J·kg-1·K-1;Cw———Waterheatcapacity,J·kg-1·     

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。     

Study of transient flow and particle transport in continuous steel caster molds: Part I. Fluid flow

Unsteady three-dimensional flow in the mold region of the liquid pool during continuous casting of steel slabs has been computed using realistic geometries starting from the submerged inlet nozzle. Three large-eddy simulations (LES) have been validated with measurements and used to compare results between full-pool and symmetric half-pool domains and between a full-scale water model and actual behavior in a thin-slab steel caster. First, time-dependent turbulent flow in the submerged nozzle is computed. The time-dependent velocities exiting the nozzle ports are then used as inlet conditions for the flow in the liquid pool. Complex time-varying flow structures are observed in the simulation results, in spite of the nominally steady casting conditions. Flow in the mold region is seen to switch between a “double-roll” recirculation zone and a complex flow pattern with multiple vortices. The computed time-averaged flow pattern agrees well with measurements obtained by hot-wire anemometry and dye injection in full-scale water models. Full-pool simulations show asymmetries between the left and right sides of the flow, especially in the lower recirculation zone. These asymmetries, caused by interactions between two halves of the liquid pool, are not present in the half-pool simulation. This work also quantifies differences between flow in the water model and the corresponding steel caster. The top-surface liquid profile and fluctuations are predicted in both systems and agree favorably with measurements. The flow field in the water model is predicted to differ from that in the steel caster in having higher upward velocities in the lower-mold region and a more uniform top-surface liquid profile. A spectral analysis of the computed velocities shows characteristics similar to previous measurements. The flow results presented here are later used (in Part II of this article) to investigate the transport of inclusion particles.     

方坯连铸结晶器浸入式水口结构类型的研究

应用流场计算软件PHOENICS及水力模型,模拟了方坯连铸结晶器内钢液的流场和流动分布。在此基础上模拟计算了几种不同形式的水口对流动形态的影响,并用水力模型试验进行了验证。通过数值模拟,为优化结晶器内钢液的流场以及浸入式水口的设计提供了科学依据。     

SEN底部形状对结晶器内钢液流场和温度场的影响

针对某钢厂板坯连铸结晶器及浸入式水口(SEN)的结构参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,应用FLUENT软件对结晶器内钢液的流场和温度场进行耦合计算,分析SEN底部形状对结晶器内流场和温度场的影响,并利用水模试验对钢液的流动行为进行了验证。结果表明:凸底水口出口附近钢液的速度较大,流股的冲击深度较大,使结晶器内高温区下移,不利于凝固坯壳的生长;平底水口自由面速度较大、温度较高,有利于保护渣的熔化,但易产生液面裸露现象;凹底自由面速度较小、温度较低,有利于液面稳定。