中间包双板多孔挡墙流动控制去除夹杂物效果的模拟研究

为净化钢液、提高夹杂物在中间包内的上浮率,提出一种新型中间包挡墙流动控制形式——双板多孔挡场流动控制通过数值模拟方法结合水模型实验,对中间包内流体流动及夹杂物的传输行为进行了分析研究．结果表明,采用多孔挡场流动控制可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水清洁度     

中间包底部吹气过程去除夹杂物效果的模拟研究

采用数值模拟手段,结合水模型实验模拟,研究了中间包底部吹气过程对中间包内流场及夹杂物传输行为的影响.结果表明,在吹气条件下中间包采用挡墙控制有利于改善中间包流场,促进夹杂物上浮在实验条件下双板斜孔挡墙控制去除夹杂物效果优于堰-坝挡墙控制形式.     

五流中间包稳态及非稳态试验

为改善国内某钢厂五流中间包流场,降低非稳态换包过程的负面影响,获得高品质洁净钢,通过水模拟试验进行稳态及非稳态换包过程的研究。试验结果表明,采用方案3的稳流器结构对该中间包稳态浇铸的流场更加有利,该试验条件下的死区体积比例为10.46%;非稳态换包过程的最佳工艺条件为换包液位350 mm、充包流量12 m3/h。     

八机八流中间包流场温度场数值模拟

采用数值模拟技术模拟八机八流中间包内流场温度场,分析金属液流场在中间包内从入口至不同出口的钢液运动轨迹,讨论金属液流场和温度场对卷气、卷渣的影响。结果表明,中间包出入口之间温差最大相差4.1 K。在八机八流中间包内的3、6号出口携带气体和夹杂物。     

中间包双板多孔挡墙流行控制去除夹杂物效果的模拟研究

为净化钢液、提高夹杂物在中间包内的上浮率,提出一种新型中间包挡墙流动控制形式－双板多孔挡墙流动控制。通过数值模拟方法结合水模型实验,对中间包内流体流动及夹杂物的传输行为进行了分析研究。结果表明,采用多孔挡墙流动控制可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水清洁度。     

相似比对中间包模拟试验的影响

物理模拟试验和数值模拟是当前优化中间包流场和结构的主要手段,相似比的选取对于中间包模拟试验结果的准确性有较大影响。为了研究相似比对中间包模拟试验的影响,获得更能准确反映实际冶金反应器内流体流动行为的相似比,以80 t板坯连铸中间包为研究对象,采用经物理模拟验证后的Fluent模型模拟几何相似比分别为1∶1、1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10的中间包内部流场流动行为,得到其速度和湍流动能的分布情况。结果表明,随着相似比减小,中间包内流场的平均速度整体呈减小趋势,湍动能无明显变化;相似比的改变对包内速度平缓变化的区域影响更加显著;当模型相似比小于1∶6时,与原型相比,模型速度的相对误差大于5%。因此,相似比的选用宜大于1∶6,以提高模拟的精度,准确还原实际流场。     

中间包底吹气正交试验数值模拟研究

针对宝钢特钢连铸坯生产过程中存在明显地卷渣问题,采用正交试验设计方法,对中间包内钢液流动过程进行数值模拟,研究了坝堰位置、坝堰高度、吹气量大小及吹气位置等因素对平均停留时间、死区体积、活塞区体积的影响,以期为中间包内钢液流场优化提供依据。结果表明：在正交优化的最佳方案基础上,吹气位置设置在离中间包入水口中心距离1 700 mm处时,死区比例小,活塞区体积大,平均停留时间长。     

中间包流场控制技术的进展

合理控制中间包的流场有利于促进钢液中夹杂物上浮、均匀钢液成分和温度。水模型试验和数值模拟是两种主要的中间包流场研究方法,各有优缺点应相互补充。数值模拟成本低廉速度快,但受限于边界条件的不确定性和湍流模型的局限性难以完全真实反映中间包内的流场。水模型试验能够较为准确地模拟中间包内流场,但无法准确模拟温度场、水口结瘤、覆盖剂和吹气等对中间包流场的影响。研究表明,湍流控制器对降低长水口钢液射流的湍动能、均匀钢液温度和成分、聚拢射流让其转向向上流动降低死区体积分数、延长平均停留时间和优化流场结构具有很好的作用。湍流控制器、堰、坝和导流挡墙合理组合,协同发挥的控流效果,优于单一控流装置的效果。合理调节堰与包底距离、挡坝高度、堰与挡坝距离、堰与出流口距离、挡坝开孔的个数、尺寸和角度,可以优化中间包流场,促进夹杂物去除。气幕挡墙对钢液进行气洗可以提高钢液洁净度。环形气幕挡墙解决了条形气幕挡墙夹杂物去除率低、且不稳定的问题,提高了夹杂物去除率。最后,中间包流场数学模型精细化,并考虑连铸过程中更多工艺与边界条件的影响是未来发展的趋势。对于中间包流场研究的特定问题,针对性设定优化指标,会使得优化研究工作事半功倍。水模型试验作为中间包控流技术的另一种重要研究手段,同样越趋精确化,不断有研究者以提高试验精度为目的在试验方法和测量原理上进行探索和创新。     

中间包温度场数值模拟研究

运用Fluent 6.3软件对中间包进行数值计算,研究了控流装置等因素对中间包温度场的影响。结果表明:中间包内控流装置结构越简单,入口和出口之间温差越小,整个中间包的温度场分布更加均匀。为减小注流区中间包熔池深度方向上的温度变化梯度,应增加中间包内挡墙与长水口之间的距离;为提高中间包内温度场的均匀性,应适当增加中间包长水口浸入深度,控制中间包的熔池深度,本试验中间包熔池深度应控制在1 200 mm左右,模拟结果在现场得到了有效验证。     

五流方坯连铸中间包流动数值模拟及激光粒子测速研究

通过应用ANSYS商业软件对某厂矩形坯连铸机的中间包钢水流动进行了数值模拟,利用中国重型机械研究院股份公司建立的中间包水模拟测试平台,对缩小的中间包水模型进行了流动速度测试,获取了有控流装置下中间包内的流动特征。研究结果表明,激光粒子测速获得的速度场较数值模拟的时均化速度场展现中间包流场更多的细节,中间包内部有大的涡流运动,整体速度较为均一,速度值在0.03-0.05 m/s之间,钢液在中间包温降在13℃范围内。     

大方坯连铸结晶器水口优化模拟探究

为了研究不同浸入式水口类型对结晶器内流场流动的影响,以结晶器水口优化为出发点,利用物理模拟和数值模拟两种手段对断面280 mm×380 mm大方坯结晶器不同水口开展优化研究。本研究首先构建了一个1∶1结晶器水模拟试验装置,实现不同浸入式水口下的连铸流动模拟,利用PIV测量了不同水口下的结晶器截面流场,然后利用Fluent软件进一步研究了浸入式水口开孔角度、开孔数目、安装角度等参数变化对结晶器内流场以及液面波动的影响。物理模拟和数值模拟研究表明,开孔角度向上时,波动范围大于5 mm;开孔角度水平时,对窄面冲击速度过大,达到0.35 m/s;较双孔水口,四孔水口液面速度为0.22 m/s,小于卷渣临界速度值;水口安装角度改为对角线时,强化了内流场角部流动,整个流场流动更加稳定。     

板坯电磁加热中间包钢液流动特性和结构优化

电磁加热中间包技术能有效补偿浇注钢液温降,实现恒温和低温浇注。为使电磁加热中间包技术能合理应用于双流板坯连铸,建立了相应的数学模型,研究了感应加热技术对中间包内流动和温度特性的影响。考察了挡墙-挡坝和通道角度等因素对钢液温度场和流动行为的影响。结果表明,通道式感应加热技术不能直接应用于双流板坯连铸,有必要优化中间包结构。电磁加热能显著提高中间包分配室内的钢液温度,但会产生短路流。挡墙-挡坝可有效减少短路流和均匀钢液温度。挡墙-挡坝与水口出口距离为0.5 m时,钢液流动状态较好,温度分布较均匀;增大通道展开角度不适用于双流板坯感应加热中间包。合理的加热功率模式可将浇注温度波动控制在5 K以内。     

多流中间包流场模拟研究及优化

为了减少多流中间包的卷渣概率、提高对夹杂物的去除能力,采用物理模拟及数值模拟的方法对某钢厂六流中间包内部流场特性进行分析和优化。研究表明,导流孔仰角对中间包内流场及温度场有较大影响。改进后的挡墙使用25°仰角导流孔使各流最大温差由5.2 ℃降至2.4 ℃。较小的导流孔仰角对夹杂物去除有利,25°的仰角各流均匀性较好。提高挡坝高度亦有利于夹杂物上浮,推荐的挡坝高度为650 mm。另外建议现场浇注高度保持在100 mm以上以消除卷渣现象的不利影响。     

含酸性溶解气的气液两相流管道流致腐蚀模拟

目的 研究天然气输送管道中的酸性溶解气(CO2)与水相冲刷作用共同影响下形成的流致腐蚀(FAC)现象。方法 基于计算流体力学理论,确定了不同条件下影响流致腐蚀的气液体积分数和壁面剪应力分布情况。结果 对于上倾管道,水相主要积聚在管道底部,并且水相的积聚厚度与流速呈反比、与含水率呈正比。当流速小于3 m/s、含水率大于30%时,水相会发生回流现象,即弯管前、后直管段的液体会向弯管处积聚,从而使弯管处积聚水相的厚度大幅度增加。对于下倾管道,水相积聚的位置及与流速和含水率的关系与上倾管道相同,区别在于下倾管道并未出现回流现象。相同条件下,上倾管道的壁面剪切力始终大于下倾管道。当含水率与弯曲角度恒定时,上倾管道的最大剪切力出现在弯管底部,但随着流速的增加,最大壁面剪切力逐渐向弯管后直管段迁移,而下倾管道的最大壁面剪切力出现在弯管的顶部且不随流速的增加而发生变化。当流速和弯曲角度恒定时,上倾管道与下倾管道的最大壁面剪切力规律与含水率恒定的规律相同。当流速与含水率恒定时,弯曲角度对上倾管道壁面剪切力的影响较大,对下倾管道的影响较小;对于上倾管道,随着弯曲角度的增大,最大壁面剪切力的集中位置由弯管底部逐渐向弯管后直管段延伸且遍布管道周身;对于下倾管道,最大壁面剪切力主要集中在弯管及弯管后直管段的顶部,并且随着弯曲角度的增加,数值有所增大而位置不变。结论 通过分析积聚水相分布和壁面剪切力集中位置可知,上倾管道两者作用区域近似重合,即会受到严重的流致腐蚀影响;下倾管道两者作用区域并不重合,管道的上部主要受局部冲刷腐蚀的影响,下部主要受局部电化学腐蚀的影响,即下倾管道不会受到流致腐蚀的影响。     

Optimization of flow control devices for a T-type five-strand billet caster tundish: water modeling and numerical simulation

The optimization of flow control devices(FCDs) for a T-type five-strand billet caster tundish was carried out by water modeling and numerical simulation. In water modeling experiments, flow characteristics of the bare tundish and tundish conf igurations with designed U-type baff les and a round turbulence inhibitor were analyzed using residence time distribution(RTD) curves. Mathematical models for liquid steel in the real plant tundish were established using the fluid dynamics software package Fluent. The flow field, the temperature field, and the RTD curves of liquid steel in the proposed tundish conf igurations were obtained. The results of numerical simulation and water modeling were validated with each other by the predicted and experimental RTD curves. The results of flow field and temperature field were used to ref lect the actual state of a real plant tundish and to choose the optimal FCD. Finaly, from the whole performance of the multi-strand tundish, the optimal scheme was determined by combining the results of water modeling and numerical simulation. With the optimal tundish equipped with U-type baffle with def lector holes and round turbulence inhibitor, not only was the flow characteristic of each strand improved, but also the difference of flow characteristics between multiple strands was smaller.     

底吹气量对中间包钢液流动影响的数值物理模拟

利用水模型和Fluent软件对某厂两流板坯连铸中间包底吹气进行数值物理模拟,研究吹气量对中间包流场的影响.研究得出,不出现卷渣的临界吹气量为0.10 m3/h,此时中间包液面的最大流速达0.45 m/s.未吹气中间包液面的最大流速为0.24 m/s,吹气显著延长钢水在中间包内的峰值时间,但滞止时间和平均停留时间无明显延长.     

Physical and mathematical simulation of liquid steel mixing zone in one strand continuous casting tundish

This paper presents the results of computer simulations and laboratory experiments carried out to describe the formation of the transient zone during continuous casting of slabs. The facility under investigation was a one strand tundish. Computer simulations of liquid steel flow were performed using the commercial program Ansys-Fluent. For the validation of the numerical model and verification of the hydrodynamic conditions occurring in the examined tundish furniture variants, obtained from the computer simulations, a water model of the tundish was employed. During laboratory tests simulating the process of steel flowing through the tundish, step type Residence Time Distribution curves were recorded. In order to obtain a complete hydrodynamic picture in the tundish furniture variants tested, the computer simulations were performed for both isothermal and non-isothermal conditions. In order to explain the phenomena occurring in the tundish working space, the Buoyancy number (Bu) has been calculated.