中间包控流装置的物理模拟研究

根据相似原理,建立1∶3的物理模拟模型,通过正交试验考察了挡渣堰、导流坝组合控流装置对中间包流场的影响。研究结果表明,堰坝间距是影响流场的主要因素,优化控流组合方案为:挡渣堰距注入流中心线距离1 200 mm,挡渣堰下沿距包底距离500 mm,导流坝高度360 mm,堰坝间距300 mm.优化后中间包流场趋于合理,钢液在中间包内的停留时间延长,活塞流体积增大,死区体积减小.     

板坯连铸中间包钢液流场的数值模拟和操作优化

以济钢第一炼钢厂4#板坯连铸中间包为原型,应用湍流流动数学模型对不同堰坝设计方案进行计算机数值模拟,优化中间包的堰坝设计。结果表明,对上口面积3500 mm × 800 mm、底部面积3200 mm × 650 mm的中间包,包内钢水深度为800 mm时,当挡堰高550 mm,挡坝高350 mm,挡堰与水口入口处距离800mm,挡堰与挡坝相对距离400 mm时,钢液具有较好的流动方式,有利于夹杂物上浮。     

单流板坯中间包内湍流抑制器对流场的影响

通过水力学模型实验,研究了湍流抑制器对单流板坯中间包内钢液流动的影响,并比较了有无湍流抑制器时中间包内钢液流动的特性。湍流抑制器使钢液由长水口注入中间包后再返回,从而消除了中间包短路流,发展了表面流,延长了滞止时间和平均停留时间,有利于中间包内夹杂物的去除。湍流抑制器与单挡坝的结构在控制中间包内钢液流动方面效果较好。     

薄板坯连铸单流中间包流场的数学模拟

采用数值计算的方法模拟单流中间包内钢液流动行为。计算模拟了无控流装置,应用挡渣墙坝,以及导流隔墙时中间包内钢液流动分布、温度场。结果表明：中间包无控流装置易在中间包中下部形成贯穿流,不利于新旧钢液混合以及夹杂物去除;导流隔墙可使钢液充分上扬,夹杂物易为覆盖渣俘获,有利于夹杂物去除;加装控流装置后,湍动能在到达控流装置前加强,有利于小粒径夹杂聚合上浮;而湍动能在经过控流装置后减弱,有利于钢液平稳流入结晶器;导流隔墙与堰坝组合均可使中间包内钢液充分混合,温度均匀,进出口温差减小。     

T型中间包湍流控制器对夹杂物去除的影响

通过水力学模拟试验和数值模拟试验,研究湍流控制器对夹杂物上浮去除的影响,并比较了有无湍流控制器时中间包内夹杂物颗粒的运动轨迹。湍流控制器使从大包注入的钢液返流到达自由表面,从而消除中间包底部流,发展表面流,有利于夹杂物的去除。其中湍流控制器+挡坝的结构对促进夹杂物去除效果最好。     

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。     

中间包钢液净化的新动向

简述了通过中间包扩容；在中间包内增设挡扳、隔墙／溢流堰、陶瓷过滤器，采用高碱度中间包保护渣以及中间包钢液加等措施，净化钢水，提高钢的质量。     

中间包结构对钢液流动及夹杂物去除的数值模拟研究

依据河钢集团唐钢新区72 t中间包建立三维数值模型，讨论对比了不同中间包结构包括湍流抑制器、挡墙和挡坝对钢液液位波动、速度分布、停留时间以及夹杂物上浮去除的影响。钢液湍流运动通过求解Realizable k-ε模型实现，钢液停留时间通过求解浓度标量方程(User-Defined Scalar, UDS)实现，夹杂物上浮去除则通过求解离散相模型(Discrete Phase Model, DPM)得到。结果表明，带檐湍流抑制器和开口湍流抑制器下中间包上水口附近的液面波动较大，是不设置湍流抑制器的情况的3～4倍；而带挡板湍流抑制器下钢液在挡板之间形成循环流动，液位波动较小，甚至小于无湍流抑制器的情况；中间包内挡墙和挡坝同时存在时增加了钢液在中间包的移动距离，有利于夹杂物的上浮去除；在目前条件下，挡墙和挡坝分别距离中间包宽度中心1 060 mm和2 000 mm时钢液平均停留时间较长以及夹杂物上浮去除率较高。     

双挡坝中间包内钢液的流动行为

通过采用水模拟和数值模拟分别对中间包不同结构进行全因素试验,研究了双挡坝结构对钢液流动行为的影响,着重探讨了不同类型的双挡坝中间包内钢液的流动状态和速度分布。结果表明:低坝应设置在高坝后,顶端钢液流速将减小29%,降低浇注末期发生卷渣的概率;低坝应与高坝流钢孔同高,钢液的平均停留时间可达到最大稳定值;高低坝距离差为40~160mm时,流体流动状态较稳定,低坝后无漩涡产生。分析认为:中间包入口区和出口附近均为强湍流状态,其他区域均为过渡流状态,入口区利于夹杂物的碰撞长大,应至少保证该区域长度大于中间包长度的1/4,出口区强湍流易产生大夹杂物导致水口堵塞,应控制在出水口附近0.25m的区域内。     

Water Modeling of Optimizing Tundish Flow Field

 In the water modeling experiments, three cases were considered, ie, a bare tundish, a tundish equipped with a turbulence inhibitor, and a rectangular tundish equipped with weirs (dams) and a turbulence inhibitor. Comparing the RTD curves, inclusion separation, and the result of the streamline experiment, it can be found that the tundish equipped with weirs (dams) and a turbulence inhibitor has a great effect on the flow field and the inclusion separation when compared with the sole use or no use of the turbulent inhibitor or weirs (dams). In addition, the enlargement of the distance between the weir and dam will result in a better effect when the tundish equipped with weirs (dam) and a turbulence inhibitor was used.     

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.      

中间包底吹氩行为的数值模拟

 根据某钢厂连铸中间包的实际操作参数,采用欧拉两相流模型,气体入口边界条件按照多孔介质进行处理,利用CFX软件模拟计算了底吹氩中间包内钢液的流场。结果表明:底吹氩气技术代替上挡墙或下挡墙2种情况下,注入区钢液混合加剧,有利于夹杂物碰撞长大。浇注区靠近液面处速度提高易引起卷渣。当采用湍流控制器、上挡墙、下挡墙、底吹氩技术时,吹氩位置对钢液流动的影响较大,当在湍流控制器和上挡墙之间吹入气体时,钢液的流动特性有利于夹杂物的上浮去除。     

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。     

连铸中间包中夹杂物粒度分布的研究

采用完全混合流和活塞流相结合的模型,针对铝脱氧钢研究了中间包流动状况下Al<,2>O<,3>夹杂物的粒度分布情况.对比了带挡墙前后的中间包的流场及夹杂物的去除效果,原中间包中夹杂物的总去除率为19%.而在带挡墙的中间包中,由于夹杂物受到湍流运动和活塞流运动的影响造成其相互碰撞粒度不断长大,夹杂物去除率达到37%,大大优...     

二流T型23 t中间包控流装置的数值模拟和结构优化

通过计算流体力学软件FLUENT建立的数学模型对钢厂200 mm×1 600 mm铸坯二流T型23 t中间包现挡墙和坝、湍流控制器和坝、湍流控制器和现挡墙以及新挡墙4种结构方案进行三维数值模拟,研究原中间包及安装不同控流装置后的钢水流动特性。结果表明,在所有的设计方案中安装有湍流控制器和坝的中间包能够达到最佳优化效果;中间包的死区体积分率由30.18%降到16.51%,活塞流区与死区的体积分率比R_Vp/Vd由55.80%增大到129.44%;中间包内流动稳定,有利于夹杂物的上浮。     

几种中间包控流装置的作用及比较

 中间包内设置控流装置对钢水流动行为和夹杂物去除影响显著。采用物理模拟的方法,系统研究和比较了常规双挡墙、湍流控制器、导流挡板和透气砖吹氩对中间包流体流动特征的影响。结果表明,湍流控制器可起到减小钢水喷溅、防止二次氧化和改善流体运动路线的作用,并减少短路流的发生。导流挡板与双挡墙比较,最短停留时间变化不大,但死区体积更小。与双挡墙相比,透气砖吹氩的最短停留时间提高不多,但峰值时间增加明显,死区体积大大降低。     

Steel flow and inclusion separation in continuous casting tundishes

A model for the calculation of flow patterns and inclusion separation in continuous casting tundishes is described. Velocity and turbulence fields for the liquid steel are calculated, assuming three-dimensional, turbulent steady-state flow. A transport equation for particles is solved, which takes into account buoyancy, convection und turbulent dispersion. Particle concentration fields and the percentage of removed particles are calculated as a function of particle rise velocity. The influence of increased tundish width and height and of dams and weirs on the rate of inclusion separation is investigated for a slab caster tundish. Non-dimensional representations and approximation expressions are discussed and used to compare the computed removal rates to measured values from literature.     

薄板坯连铸中间包内抑湍器的模拟研究

控制中间包内钢液的合理流动对夹杂物的排除有重要影响,为此建立了模拟薄板坯连铸中间包流动情况的水模型。通过测定停留时间分布(RTD)曲线,研究了不同组合控流装置对中间包流体流动特性的影响。结果表明,结构及尺寸合理的抑湍器能延长水口响应时间及平均停留时间、提高活塞流区体积分数及降低死区体积分数;抑湍器与单坝组合的控流装置在控制流体流动方面效果极佳,而抑湍器与单墙单坝、单墙双坝组合的控流装置的控流效果不太理想。     

带过滤器63t中间包钢液流场的物理和数学模拟

通过采用几何相似比0.29:1的水模型和数学模型分别对(a)湍流抑制器和挡墙+坝(原结构),(b)湍流抑制器,挡墙+坝和过滤器,以及(c)湍流抑制器,挡墙和过滤器3种结构两流板坯连铸中间包钢液流场、温度场和夹杂物运动轨迹进行模拟研究。结果表明,原中间包结构(a)活塞区体积偏小,死区体积偏大;加入通道式钢液过滤器(b)后短路流基本消失,中间包死区减小6.83%,钢液的平均停留时间由287.04 s延长至373.76 s,有利于夹杂物的上浮去除,且过滤器的加入对钢液的温降影响不大;用钢液过滤器代替挡坝(c)后优化效果最为明显,中间包钢液平均停留时间由287.04 s延长至404.26 s,峰值时间由原来的95,4 s延长至190.8 s,死区体积由36.10%减小至8.76%。