电磁净化中间包内流场的数值模拟

采用数值模拟的方法对电磁净化中间包内钢液的流动特征进行了模拟研究。结果表明：旋转室内的钢液在电磁力作用下产生水平旋转流动,促进了夹杂物的碰撞、聚合及上浮;旋转室的旋转切向出流以一定角度进入分配室内,所形成的偏流引起钢液流动的非对称性,易在分配室内形成水平环流状流动特征。分配室内设置T形坝控流装置可减轻流场结构的非对称性,分配室内的流动更为均匀。     

6流中间包流场的数值模拟优化

采用CFD软件FLUENT对6流中间包内的流场进行了数值模拟,分析了6流中间包内的流场特征,以及有无C型挡墙的加入,中间包内流场的变化情况。模拟结果表明,C型挡墙的加入使6流中间包各流的流动更加均匀,有利于钢液温度和成分的均匀;C型挡墙的加入使6流中间包近流的平均停留时间增加,利于夹杂物的上浮去除。     

利用RTD曲线研究中间包内钢液的流动行为

建立1∶3的中间包水力学模型,对中间包内钢液流场进行物理模拟,通过软件计算获取流体的活塞区、全混区和死区的体积比例,确定中间包内最优流动行为的方案。试验研究表明,在中间包基本结构流量分别为0.7、0.8、0.9 m~3/h时,其死区比例分别为31.0%、17.3%、15.0%;而挡坝向挡墙方向内移30 mm时,流量分别为0.7、0.8、0.9 m~3/h,其死区比例分别为28%、10.5%、7.5%。因此,提高拉速可以降低中间包内的死区比例;另外,钢包长水口插入深度分别为150、280、315 mm的3组结果表明,插入深度280 mm较为合理,增大或减小插入深度均导致死区比例增大。     

不同流量下单流中间包水力学模拟试验

以相似原理为基础,通过建立1∶4的水模型对单流板坯连铸中间包进行模拟研究。研究了在不同的流量下挡墙挡坝位置以及挡坝高度对中间包流场的影响,得出了最佳内腔的控流装置组合。研究表明,最佳控流装置组合的挡墙和长水口距离为390 mm,挡墙和挡坝距离130 mm,挡坝高度为135 mm的效果较佳。在流量分别为1.01 m~3/h和1.26 m~3/h时,最短响应时间分别增加了25.8 s、30.6 s,中间包钢液实际停留时间延长了64.07 s、58.93 s,死区体积分别减小了14.62%、16.77%。     

通道式感应加热中间包挡墙优化的物理模拟

特种钢连铸对配备了通道感应加热技术的中间包内钢液均匀性和洁净度有着严格的要求。以国内某钢厂四流双通道感应加热中间包为对象,采用物理模拟方法对无挡墙、V型和八字型挡墙方案下中间包的流场和停留时间(Residence Time Distribution, RTD)曲线进行对比分析,从而获得最佳挡墙和导流孔结构。研究结果表明,使用八字型挡墙的中间包在平均停留时间和死区体积分数方面相比V型挡墙有很大的优势,其中最优方案为采用八字型挡墙两个导流孔的方案A2,其平均停留时间为707.7 s,死区体积分数为11.86%,方案A2相比原型中间包、V型挡墙四个导流孔的方案B1和B2、V型挡墙两个导流孔的方案C1和C2平均停留时间分别延长了223.4 s、122.1 s、117.2 s、85.3 s、68.4 s,死区体积分数分别减小了18.28%、15.24%、14.59%、10.64%、8.52%。     

四流圆坯中间包结构优化物理模拟

通过几何相似比1∶3的水模拟实验,对安装不同结构的挡墙的中间包内的流场进行研究,计算钢液在中间包的平均停留时间(RTD)。结果表明:中间包采用"U"型挡墙,平均停留时间较长,夹杂物上浮得到较好发展,两侧水口响应时间及峰值时间差别较大。"V"形挡墙比"U"形挡墙更有利于中间包内夹杂物的去除,很好解决了两侧水口的同步性和延长了停留时间,减少了死区体积分数,增加了活塞区体积分数。     

离心中间包净化钢液的物理模拟

采用物理模拟的方法,对离心中间包净化钢液的动力学进行了考察。采用低熔点金属液,分别考察金属液柱高度、锥度、磁感应强度、电阻率、磁场分布、屏蔽等对金属液旋转运动的影响。结果表明,增加磁感应强度、提高金属液柱深度、适当增加金属液旋转腔的锥度将有助于获得更高的金属液转速;金属液旋转速度与金属液的电阻率成反比关系。当磁感应强度为14．4mT时,钢液的转速预计可达80r／min;采用活塞流模型计算的夹杂物去除效果表明,100r／min的钢液转速和钢液1t／min的流量下,直径20um以上的夹杂物去除效率可以达到70％以上．     

四流中间包控流装置优化的物理模拟

根据相似原理,针对某钢厂四流中间包建立1∶2.5的物理模型,模拟钢液在原包内的流动情况,并研究弧形开孔导流墙和弧形开槽导流墙对中间包内钢液流动的影响。水模实验结果表明,由于原包冲击区域较小,导致各流最小停留时间和峰值时间较小,死区比例较高,不利于连铸生产的顺利进行。中间包控流装置采用弧形开孔导流墙和湍流控制器优化后,中间包冲击区体积变大,对两端的控流能力增强,流体在中间包内的流动情况得到很大改善。优化后1、2流死区比例分别减少了12.3%、12.1%,平均停留时间分别提高39 s、52 s。     

中间包流场数值模拟

针对邯钢三炼钢8机8流方坯连铸机中间包,通过建立数值模型,研究在设置挡渣墙和坝前后以及不同的挡渣墙情况下,中间包内钢水流场规律,并通过RTD曲线分析了连铸中间包内挡渣墙和坝对其钢液流场的影响,为优化方坯中间包钢水流场积累了很好的技术经验。     

三流连铸中间包钢水流场的数学物理模拟

应用商业软件CFX及水力学模型,对三流连铸中间包钢水流场进行了模拟研究,分析比较了原型中间包和改造后中间包内钢水的流动状态。结果表明:数值模拟与水力学模型结果相符;原型中间包内存在明显的短路流,死区比例大,均超过了50%;通过改造中间包控流装置后,中间包内钢水流动状态得到了明显改善,死区体积比例大大降低,死区比例均控制在20%以内,最低的仅为9.41%。通过现场试验发现:中部水口出口与边部水口出口的钢水温差最大值由改造前的5℃减小到2℃;事故率明显降低,达到了预期的冶金效果。     

不同结构湍流抑制器对中间包钢液流动的影响

通过建立1∶3的水力学模型,研究了不同结构湍流抑制器对中间包流体流动特性的影响。实验得出:湍流控制器的类型对注流区的液面波动有明显影响。8边形有孔无檐湍流抑制器造成了注流区2个直径120 mm渣眼,方形有檐湍流抑制器方案注流区无渣眼。几种湍流控制器对中间包流场有一定的改善作用,明显增加了中间包的最小停留时间,最大增加幅度为97%。平均停留时间和最小停留时间相差较小,增加幅度分别在4.2%～7.4%和21.3%～29.9%。