中间包夹杂物的去除与控制新技术

通过对中间包中不同去除夹杂物的手段进行综合分析,得到各环节中间包均应保护浇注和防止卷渣卷气,中间包应具有合理的控流装置（上下挡墙、湍流抑制器、旋涡抑制器）以得到理想的流场;利用钢包注流生成的小气泡、中间包气幕挡墙和电磁搅拌离心流动可以有效去除中间包内钢水中夹杂物;连续真空处理对脱气和去除夹杂物有良好效果但其可调性差,电磁过滤可作为辅助方法去除夹杂物。     

旋流中间包夹杂物聚合行为的数值模拟

旋流中间包是在注流区内设置旋流室,使钢液经长水口从旋流室底部沿着切线方向流入中间包内时重力势能转化为旋转动能,夹杂物跟随钢液在旋流室内旋转流动,更容易碰撞聚集长大。使用商业软件Fluent中的PBM模型模拟中间包内夹杂物跟随钢液流动过程中碰撞聚合长大的行为。模拟结果显示:考虑夹杂物之间的碰撞聚合,夹杂物聚合长大明显,夹杂物的数量密度减小,夹杂物平均直径增大。对比两种中间包,无旋流室中间包夹杂物平均直径从3.93μm增大到4.25μm,增大8.12%;旋流中间包夹杂物平均直径从3.93μm增大到4.35μm,增大10.68%,旋流中间包更有利于夹杂物的碰撞长大。     

控流装置对中间包夹杂物运动行为的影响

采用拉格朗日颗粒轨迹模型,应用计算流体动力学方法,对中间包夹杂物颗粒运动轨迹及去除率进行了模拟研究。计算结果表明：控流装置的设置可显著改善夹杂物流向,延长停留时间,提高夹杂物去除率。夹杂物去除率随夹杂颗粒当量直径的变大而提高。控流装置对50μm以下夹杂颗粒去除率提高较多。本实验所设计的几种控流装置中,采用导流隔墙的中间包夹杂物去除效果最好。     

CSP中间包夹杂物去除效果的试验研究

夹杂物对钢的性能有很大影响,尤其是对钢水纯净度要求较高的电工钢,因此在电工钢生产过程要采取措施严格控制夹杂物的含量。研究了马钢薄板坯连铸连轧生产电工钢时中间包内夹杂物的种类、含量及粒度组成等,分析中间包内夹杂物的分布,从而评价中间包去除夹杂物的能力。试验结果表明:改造优化以后的中间包基本能够去除40μm的大型夹杂物,也为30μm的小型夹杂物提供了聚集、长大的动力学条件,中间包去除夹杂物的能力较强,为生产高品质的电工钢提供了有力保障。     

CSP中间包夹杂物去除效果的试验研究

 夹杂物对钢的性能有很大影响,尤其是对钢水纯净度要求较高的硅钢,因此在硅钢生产过程要采取措施严格控制夹杂物的含量。本文研究了马钢薄板坯连铸连轧生产硅钢时中间包内夹杂物的种类、含量及粒度组成等,分析中间包内夹杂物的分布,从而评价中间包去除夹杂物的能力。试验结果表明：改造优化以后的中间包基本能够去除>40m的大型夹杂物,也为<30m的小型夹杂物提供了聚集、长大的动力学条件,中间包去除夹杂物的能力较强,为生产高品质的硅钢提供了有力保障。     

连铸中间包内钢水夹杂物运动行为的数学模拟

在连铸中间包中钢水流动、混合及停留状况仿真计算的基础上，通过对中间包钢水中夹杂物运动行为的数学模拟，研究了探讨了夹杂物碰撞长大、上浮排除以及被耐炎材料墙壁粘结吸附等现象。结果发现：中间包钢水中夹杂物的排除与钢水平均停留时间有密切关系，其中上浮排除的夹杂物约占排除总量的90％。另外，大颗粒夹杂物比小颗粒夹杂物容易排除，而且夹杂物能够在钢水流经中间包过程中长大，但中间包钢水流动所提供的湍动条件对夹杂物长大的促进作用不充分。     

六流T型中间包夹杂物去除行为的数值模拟

以41 t圆坯连铸中间包为研究对象,运用ANSYS软件,结合流动模型、拉格朗日离散相模型模拟钢液流动和夹杂物行为。通过用户自定义函数为中间包钢渣界面的边界条件设置了一种新的判定标准,即根据夹杂物的受力情况判定夹杂物上浮去除或进入钢液。通过数值模拟计算中间包出口处夹杂物数密度,并与工业试验结果对比,发现新的判定标准较传统的捕捉(trap)边界条件具有更高的计算精度。基于上述模型计算了稳态浇铸过程中间包内不同粒径氧化铝夹杂物的上浮时间、上浮位置及去除率。上述结果为更好地研究中间包内夹杂物行为提供了支撑。     

湍流控制器对异型中间包夹杂物去除的影响

控制中间包内钢液的合理流动对夹杂物的去除十分重要,因此采用数值模拟手段研究了四流连铸中间包内钢液流动情况,考察了圆型湍流控制器高度,半径及顶缘厚度对中间包钢液流动和夹杂物去除的影响。结果表明:当在四流中间包内设置高度300mm,半径170mm,顶缘厚度20mm的圆型湍流控制器时,粒径小于80μm夹杂物的上浮去除率提高近20%。     

中间包吹氩去除钢水夹杂物

通过现场实验,研究了中间包吹氩位置和氩气流量对钢水洁净度的影响,重点探讨了在注流区吹氩对钢水洁净度的影响.结果表明:在T型中间包注流区内进行合适流量吹氩可提高钢水洁净度,在浇铸区拐角处和塞棒附近吹氩对钢水洁净度没有明显的影响;在注流区内吹氩,合适的氩气流量为6L·min^-1,与不吹氩相比,钢中总氧降低率和夹杂物的去除率均可提高10%左右,但15L·min^-1的大流量吹氩将会显著增加钢中总氧和大型夹杂物数量.分析认为:注流区内大的湍流强度可将氩气泡击碎成弥散小气泡,大量小气泡在钢液中上浮,不但提高了气泡捕捉夹杂物的概率,而且增加了夹杂物之间的碰撞机会,其结果是增大了夹杂物的粒径,促进了夹杂物的上浮去除;同时,注流区离水口距离最远,在注流区吹氩,碰撞长大的夹杂物有更长的时间上浮排出.以上两个因素的共同作用,使得在注流区吹氩对去除钢水夹杂物有显著效果.     

换包后中间包内夹杂物运动行为

采用数值模拟与工业试验相结合的研究方法,分析中间包在换包后包内夹杂物颗粒在非等温条件下的运动行为。研究结果表明,换包后,钢中不同尺寸的夹杂物有分离趋势,且小于50μm夹杂物的去除条件逐渐变差。在浇注中后期,小于50μm夹杂物倾向于跟随流体沿中间包底部流出中间包,夹杂物的去除效果进一步变差。工业试验结果表明,通过在中间包底部吹入氩气的方式,改善了换包后夹杂物去除的不利影响。中间包底吹氩气前,大于50μm夹杂物的数量密度为0.008 8个/mm~2;中间包底吹氩气后,铸坯中大于50μm夹杂物的数量密度为0.002 5个/mm~2。     

钢水在中间包内温降的数学模型

建立了钢水在中间包内温降的数学模型,这不仅可以计算钢水在整个浇注过程中温降规律,为控制浇注提供依据,而且也可以计算中间包衬的温度场,为中间包的设计提供参考。     

连铸中间包内钢水流动的数学模型

开发了一个求解三维湍流N-S方程的计算机程序, 根据上海梅山冶金公司炼钢厂连铸中间包的结构和操作工艺参数, 建立了描述钢水流动的数学模型, 并利用该程序进行仿真计算, 分析中间包内钢水流动的合理性, 同时对中间包使用上、下挡墙后, 钢水流动状况进行分析预测, 并对中间包结构改造和操作优化提出建议。     

扩容中间包冶金效果的研究

通过计算机模拟和水力学模型对武钢二炼钢厂原中间包和扩容后中间包的冶金效果进行研究,并通过实际使用得出：扩容中间包有利于改善钢水质量,稳定生产节奏,进而达到提高连铸坯的质量。     

宣钢矩形坯连铸机中间包数学模拟研究

应用三维湍流流动的数学模型及计算机模拟技术，对宣钢矩形坯连铸机中间包进行了模拟研究。通过研究发现在不加任何挡渣板的情况下，中间包内的钢液流动形成明显的短路流；不利于钢液的混合和夹杂物的上浮。中间包内加设挡渣板能够有效地防止短路流，有利于钢液的混合和夹杂物的去除。     

中间包吹氩去除夹杂物的模拟研究

通过水模型模拟实验,选用苯胺模拟夹杂物,有机硅油模拟中间包渣,研究了中间包吹氩去除夹杂物的效果;通过刺激—响应法测定中间包吹氩RTD曲线,探讨了中间包吹氩去除夹杂物的过程和机理。研究结果表明:在中间包吹氩条件下,活塞区体积分数最大的吹氩位置不一定会得到最大的夹杂物去除效果,在注流区附近吹氩,不但可以提高气泡捕捉夹杂物颗粒的概率,而且促进了夹杂物颗粒相互碰撞长大,去除夹杂物效果更为明显。     

钢水密度对板坯中间包流场影响的数学模型

利用数学模型研究了钢水在常密度和密度变化两种条件下板坯中间包内的流场、温度场和钢水平均停留时间。计算结果表明，高温钢水在中间包内流动时，不能忽略自然对流流动；密度随温度变化时，钢水沿着液面流到水口区，没有短路流现象，最短滞流时间１００ｓ，进出口温差４４℃，其流场和温度场与常密度条件下的正好相反。