两流非对称中间包内控流装置优化的水模型研究

通过水模型实验和数值模拟,研究了两流非对称中间包采用不同控流装置时流体流动的特性.结果表明:圆形湍流控制器与单挡墙组成的控流装置中间包两出口流体流动差异较大;非对称长方形湍流控制器和多孔挡墙组成控流装置的中间包,两流之间的平均停留时间差异是圆形湍流控制器和单挡墙组成控流装置中间包的2/3,且近长水口侧出口的平均停留时间...     

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.      

板坯连铸双流73 t中间包控流装置优化的水模型研究

根据相似原理采用1:3水模型研究了238 mm×1 500 mm板坯双流连铸73 t中间包不同控流装置对流场的影响,以便得出最佳控流组合及优化的挡墙位置和高度。结果表明,采用双层湍流抑制器和下挡墙配合使用是双流中间包控流的较优组合,当下挡墙位置在模型中距长水口685 mm,高度为152 mm时,平均停留时间相对原型中间包延长了53.5 s,死区比例由27.9%减小到13.1%,较好地改善了中间包内流体的流动形态,有利于均匀钢液温度和夹杂物上浮去除。     

两流非对称中间包流场准对称化的数学物理模拟

通过水模型实验和数值模拟,研究了不同湍流控制器下两流非对称中间包内流体流动特性。数值模拟结果表明：湍流控制器几何结构对两流非对称中间包流体流动特性有明显影响。圆形湍流控制器内流场涡心靠近底部,出口处流体流速垂直向上;中间包流场涡心靠近长水口,涡心高度与挡墙高度基本同高,中间包表面波动大,容易发生卷渣现象。不对称长方形湍流控制器底部为不对称波浪形,流场涡心靠近出口,流体以一定角度从湍流控制器出口流出;其右侧出口面积大于左侧,水口右侧流体流量大于左侧;由于增大了出口面积,出口处流体速度减小,中间包表面平稳。水模型结果表明采用不对称湍流控制器中间包两流之间的平均停留时间差比圆形湍流控制器中间包减少1/4,算术平均值增加5.3%,说明非对称湍流控制器增强了中间包去除夹杂物能力且能有效缩小两流之间流体流动的差异。     

中间包内钢水控流技术

介绍了中间包冶金技术的发展,分析了中间包内钢水的流动特性及控流装置对钢水流动状态的影响,论述了改进中间包内的控流装置可以明显改变钢水流动状态,中间包内同时应用堰、坝、湍流控制器及多孔挡墙或气幕挡墙,能够延长钢水在中间包内的滞留时间,有效去除钢中夹杂,提高中间包冶金效果。     

中间包内流体流动及夹杂物去除的研究

采用湍流流动的数学模型方法,对板坯中间包内的钢液流动及夹杂物去除率进行了模拟研究。系统分析了在中间包内设置控流设备对钢液流动状态、平均停留时间以及夹杂物颗粒排除率的影响。结果表明,设置挡墙和坝后,中间包内有效防止了短路流,延长了平均停留时间,夹杂物整体排除率明显提高,大大改善了中间包的冶金效果。     

沙钢板坯连铸机中间包内型结构优化及在生产中的应用

通过中间包水模试验,对沙钢(江苏省沙钢集团有限公司)板坯连铸中间包内型及湍流控制器的结构进行优化.查清了沙钢板坯连铸中间包流场存在的问题,确定出最佳中间包内型和湍流控制器结构,采用中间包内型优化结构水模试验时,响应时间、平均停留时间明显增加,死区体积分数减小,混合流体积分数增加,这有利于原型钢水中夹杂物上浮分离.经生产检验,采用中间包内型优化方案(优化挡墙 湍流控制器),提高铸坯内在质量效果显著,为生产优质钢创造有利条件.     

小方坯五流对称中间包流场优化与应用

针对铸坯中非金属夹杂物超标的问题,以某钢厂五流对称150 mm×150 mm方坯连铸中间包为研究原型,采用数值模拟的方法研究不同控流装置对中间包内流场的影响,并得到最优的挡墙结构。结果表明,原型中间包存在停留时间短,死区比例大,持续流动的钢液对中间包包壁冲刷侵蚀的问题;采用优化后的U型挡墙后,停留时间延长了257.11s,死区比例减小27.31%,且各水口均匀性明显改善。现场试验发现:中间包优化后T[O]含量降低45.81%,大颗粒夹杂物含量明显降低。     

三流非对称连铸18 t中间包流场的物理和数学模拟

以西宁特钢三流非对称250 mm×280 mm方坯连铸18 t中间包为研究原型,应用1:2.2比例水模型试验和数学模拟相结合的方法研究3种控流装置对中间包流场的影响,得出一种优化的新型挡墙结构。结果表明,原型中间包3个水口间的平均停留时间和滞止时间相差较大,对各注流之间的均匀控制带来不利影响;使用新型的U形挡墙后,中间包内死区比例降低了36.67%,3个水口的平均停留时间标准差减小,有利于各流之间的均匀化控制。     

侧孔长水口两流非对称中间包流场优化

 中间包流体流动直接影响连铸坯的质量,为了缩小非对称中间包两流之间的流动差异,利用水模型和数值模拟方法,研究了侧孔长水口中间包流体流动特性。研究结果表明：直通型长水口、圆形湍流控制器和单挡墙结构中间包两出口流体差异较大,侧孔长水口和多孔挡墙结构中间包两流之间平均停留时间差异是直通型长水口中间包的3/4,且近长水口侧出口的平均停留时间延长7.7%。     

通道式感应加热7流中间包流场的物理模拟

 为解决通道式感应加热7流中间包各流一致性差、第2和第6流钢水停留时间短的问题,通过水模拟试验对该中间包流场进行优化。等温试验结果表明,通过改变通道结构以及添加双挡坝可改善流体的流动状况。与原型结构相比,优化后中间包总体平均停留时间延长了277.8 s,死区比例降低了30.16%,各流一致性得到较大改善。非等温试验表明,感应加热引起的包内自然对流不可忽略,流体经加热从通道流出后会形成明显上升流。通道内外温差越大,中间包各流的一致性越好。针对原型方案,通道内外温差为5 ℃时,中间包内流体停留时间即较无温差时明显延长,死区基本消除。     

Numerical Simulation for Effect of Inlet Cooling Rate on Fluid Flow and Temperature Distribution in Tundish

 The fluid flow in tundish is a non-isothermal process and the temperature variation of stream from teeming ladle dominates the fluid flow and thermal distribution in tundish. A numerical model was established to investigate the effect of inlet cooling rate on fluid flow and temperature distribution in tundish based on a FTSC (Flexible Thin Slab Casting) tundish. The inlet cooling rate varies from 0.5 to 0.25 ℃/min. Under the present calculation conditions, the following conclusions were made. When the stream temperature from teeming ladle drops seriously (for inlet cooling rate of 0.5 ℃/min), there is a “backward flow” at the coming end of casting. The horizontal flow along the free surface turns to flow along the bottom of tundish. The bottom flow shortens the fluid flow route in tundish and deteriorates the removal effect of nonmetallic inclusions from molten steel. Nevertheless, when the inlet cooling rate decreases to 0.25 ℃/min, the horizontal flow is sustained during the whole casting period. The present research provides theoretical directions for temperature control in teeming ladle and continuous casting tundish during production of advanced steels.     

四流圆坯中间包的结构优化研究

为净化钢液,提高夹杂物在中间包内的上浮率,通过水模型实验,对4流中间包不同挡墙形式下包内流场及夹杂物去除情况进行了模拟研究.结果表明:现用挡墙控流下的中间包同一侧两流之间的流体流动特性存在很大差异,与内侧相比,外侧流的最短停留时间、峰值时间长、死区体积大,造成中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效地上浮去除.改进后的挡墙能很好地解决各流间的同步性,死区比例比原型降低6.65 %,对夹杂物的去除效果增强.工业试验表明,改进后的挡墙在降低总氧和夹杂物方面均优于原挡墙.     

非对称中间包稳态浇铸与换包操作的冶金效果

??To rationally assess and optimize the metallurgical effect of an industrially used three- strand asymmetric tundish?? the mixing characteristics of molten steel with different tundish configurations were investigated by residence time distribution??RTD??curves based on the analysis of fluid flow and temperature distribution at four flow control schemes?? and the behavior of the tundish level was tracked by employing volume- of- fluid??VOF??model. The fluid dynamics behavior of the tundish was studied in term of both steady and unsteady service situations with and without fluid flow control devices?? which made it possible to assess comprehensively the metallurgical effect of the given tundish. The results show that the flow control effect of bare tundish is weak. It is observed that there are distinct short- circuit flow and large proportion of dead zone?? together with the non- uniform temperature distribution and the flow state discrepancy among the three strands?? which will accordingly lead to the quality difference of the bloom castings. The improvements on the fluid flow characteristics and the temperature distribution have been observed in tundish with the combined application of baffles and turbulence inhibitor. The proportion of dead zone is decreased by 13. 28%?? the temperature difference is only 0. 5K among three outlets?? along with an improved fluid flow consistency. Additionally?? studies also show that this arrangement may have large steel level velocity and level fluctuation during ladle change period. That is likely to bring about exposure?? reoxidation and even slag entrainment of molten steel. Attentions should be paid to the control of the ladle change interval?? inlet flowrate and the moment height of liquid level.     

对称四流中间包结构优化

以淮钢连铸中间包为研究对象,通过建立中间包水模型,对对称四流中间包的流体流动特性进行研究。结果表明:原中间包同一侧的两流之间的流体流动特性存在很大差异,与外侧流相比,内侧流的平均停留时间小,死区体积大。四流一致性差导致中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效上浮去除,不能很好地满足高质量特钢生产的要求。加装优化后的挡墙、湍流器等中间包控流装置,四流的停留时间分布趋于一致,滞止时间、平均停留时间延长,死区体积减小。     

板坯连铸中间包内夹杂物去除的数值模拟

以某厂50tT型2流中间包为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了三维有限体积模型,采用多相流模型对中间包内钢液的流动特性、温度分布与夹杂物去除规律进行了数值模拟,重点研究了不同堰-坝组合方式、湍流抑制器形状、拉速、夹杂物粒径等工艺参数对中间包内钢水平均停留时间、夹杂物上浮率的影响。结果表明:湍流抑制器对夹杂物的上浮去除影响不大;随着夹杂物粒径的增大,夹杂物的上浮率迅速增大;20μm以下的夹杂物则很难在中间包内上浮去除;随着拉速的增大,夹杂物的上浮率是不断减小的;采用堰A=300cm、坝B=400cm、方形瓦楞湍流抑制器、过滤器组合式控流装置时夹杂物的上浮去除效果最好。     

连铸开浇首炉二次氧化程度对比与分析

对比了两种不同中间包氩气置换方式的效果,方案一采用氩气杆的方式置换中间包内腔的空气,方案二采用中间包盖氩气管和氩气杆的共同作用的方式置换中间包内的空气。选择相同的钢种、规格、置换时间及管道压力,开展工艺试验。通过比较得出：(1)方案二更能有效地置换中间包内腔的空气,减少二次氧化的概率;(2)方案二的氧含量、氮含量、Als/Alt、钢中夹杂物等指标均优于方案一,说明方案二的保护浇注效果更好;(3)方案二可有效预防10μm以下夹杂物的产生,尤其是2μm≤X<5μm的小颗粒夹杂物。     

带过滤器中间包流场的数学物理模拟和应用

 为了研究过滤器通道对中间包内流场的影响,通过数学和物理模拟对不同控流方式的两流板坯连铸中间包的钢液流动及传热进行研究,分析了过滤器对中间包流场的影响。结果表明,原方案中间包采用湍流控制器＋挡墙、挡坝的控流方式,活塞区体积比例为26.33%,死区体积比例为17.94%;用过滤器代替挡坝后优化效果显著,钢液的实际平均停留时间由原来的243.68延长至262.50 s,死区体积比例由17.94%减小至9.11%,过滤器加入后出口处温度仅比原方案出口温度降低了2 ℃,且安装简单,成本低。现场试验发现,10个炉次后过滤器通道处共吸附夹杂物19 kg,这说明中间包钢液中夹杂物减少,有利于改善铸坯质量。