板坯连铸38 t扩容中间包控流装置优化的数值模拟和应用

通过数值模拟,对钢厂250 mm×2 000 mm板坯连铸原29 t扩容至38 t中间包进行控流装置优化。研究了挡墙、挡坝的个数和位置对中间包内钢液流场及停留时间分布(RTD)曲线的影响,综合考虑了中间包冶金效果及生产成本,为现场提出了稳流器+挡墙+挡坝控流装置的最优设计方案,该方案使中间包活塞区比例达到77.1%,死区比例降至4.2%。现场采用该结构后非稳态浇铸期间生产的管线钢非金属夹杂物合格率由88%提高到95%,明显提高了中间包的冶金功能。     

板坯中间包等温钢液流动的物理模拟与应用

为了适当延长钢液在中间包停留时间,以尽可能多地去除钢液中的夹杂物,使中间包的温度及成分更加均匀;为了减少中间包的死区,保证中间包内部有合理大小的全混区和柱塞流区,通过优化中间包的上挡墙及坝的结构参数,提高中间包的利用效率.以酒钢板坯连铸中间包为研究对象,按1:3的比例建立了从钢包、长水口到中间包、水口的钢液流动的水力学模型.通过对水力学模型RTD曲线的测量,得到了中间包的滞止时间、停留时间及峰值时间,通过对这些时间的相应计算,对目前使用的中间包结构进行了优化.     

提高中间包冶金效率的研究与实践

通过建立物理模型对单流板坯连铸机中间包流场进行模拟,优化中间包控流装置。研究了挡墙、挡坝的数量和位置对中间包内钢液流场及停留时间分布(RTD)曲线的影响,提出了最优的"抑湍器+单挡墙+双挡坝"方案,使成品夹杂物含量大幅降低,明显提高了中间包的冶金效率。     

30t板坯连铸中间包结构优化研究

采用水力学模拟实验方法,对唐山港陆钢铁有限公司的30t板坯连铸用中间包内部结构进行优化研究。以饱和氯化钾溶液为示踪剂测量停留时间,按L16（4^5）正交表设计实验方案。经方差分析和显著性检验,确定出最佳工况为：挡墙到湍流抑制器边缘距离为550mm,挡墙下口高度为100mm,挡坝高度为400mm,挡墙与挡坝间距为150mm。实验表明,若选用最优工况,中间包内钢液的平均停留时间可达812s,比现用工况增长16．5％;滞止时间增长12．6％,峰值时间增长40％,中间包的冶金效果将显著提高。     

两流板坯连铸58t中间包过滤器的水模型试验和应用

通过几何相似比0.29:1的水模型试验了湍流抑制器+挡墙+挡坝和湍流抑制器+挡墙+过滤器两种控流装置的钢液流动,研究了通道式过滤器对58t中间包钢液流场的影响。结果表明,原中间包（湍流抑制器+挡墙+挡坝）活塞区体积小,死区体积高达29.53%,优化中间包加入过滤器后（湍流抑制器+挡墙+过滤器）短路流基本消失,钢液的实际平均停留时间延长,死区体积由29.53%减小至13.52%。50t中间包,230mm×1100mm连铸板坯,拉速1.25~1.30m/min工业生产结果表明,使用过滤器后,中间包浇注区的夹杂物尺寸明显小于冲击区,中间包浇注区T[O]由原86×10^-6降至30×10^-6,连铸坯大多数夹杂物尺寸≤10μm,没有发现≥30μm夹杂物。     

鞍钢宽厚板坯中间包气幕挡墙研究

以相似原理为基础,通过实验室水模拟实验,对鞍钢单流宽厚板坯连铸中间包应用气幕挡墙进行了优化研究。水模实验主要研究了原型中间包和气幕挡墙、耐火挡墙不同组合方案钢液的流动特征,将实验确定的最佳方案在大生产上进行了工业试验。结果表明,工业试验和水模实验的结果具有一致性。中间包应用气幕挡墙提高了钢的洁净度,显微夹杂物降低了23.73%,大型夹杂物降低了28.15%。     

通道式钢液过濾器对两流板坯连铸中间包流场的影响

以相似原理为基础,通过建立几何相似比0.28:1的水模型对两流230 mm×1300 mm板坯连铸63.27t中间包流场进行模拟实验,研究通道式过滤器对中间包钢液流动状态的影响。结果表明,单纯的湍流控制器+挡墙、挡坝,中间包活塞区体积偏小,死区体积偏大;用钢液过滤器代替挡坝后优化效果明显,且安装简单,成本低,优化后的中间包钢液平均停留时间由348.22 s延长至400.15 s,峰值时间由原来的172.4 s延长至196.0 s,死区体积由22.49%减小至9.69%。     

鞍钢板坯连铸机中间包挡墙设置优化与改进

采用数学模型方法研究了连铸中间包过程的钢水流动，混合以及停留状况，并以提高钢水平均停留时间为依据优化了鞍钢第三炼钢厂板坯连铸中间包的挡墙设置，通过对中间包过程钢水夹杂物运动行为的数学模化和仿真计算探讨了夹杂物的碰撞长大。上浮排除以及被耐火材料墙壁粘结吸附等现象。在实际生产中对有关研究结果进行了验证分析。     

通道式钢液过滤器对两流板坯连铸中间包流场的影响

以相似原理为基础,通过建立几何相似比0.28:1的水模型对两流230 mm×1 300 mm板坯连铸63.27 t中间包流场进行模拟实验,研究通道式过滤器对中间包钢液流动状态的影响。结果表明,单纯的湍流控制器+挡墙、挡坝,中间包活塞区体积偏小,死区体积偏大;用钢液过滤器代替挡坝后优化效果明显,且安装简单,成本低,优化后的中间包钢液平均停留时间由348.22 s延长至400.15 s,峰值时间由原来的172.4 s延长至196.0 s,死区体积由22.49%减小至9.69%。     

CSP连铸中间包不同控流装置对钢水流动行为影响模拟研究

基于有限元方法,研究了酒钢CSP薄板连铸中间包采用不同的控制流装置布置对中间包流场的影响,结果表明,仅有挡渣墙无挡坝的控流装置钢水在中间包内停留时间最短,流场分布最不合理,第一道挡坝与挡渣墙的距离200 mm,高度200 mm的工况下,中间包流场分布较为合理,研究结果为中间包流场进一步优化改善提供了理论上的指导。     

板坯连铸机中间包的物理模拟

通过对超低头板坯中间包的物理模拟，采用聚乙烯粒子模拟大颗粒夹杂物在中间包的上浮行为研究，确认采用单墙单坝的控流方式有利于夹杂的上浮，并找到了上挡墙和坝在中间包的最佳位置。同时认为以塞棒控流中间包的临界液面高度应大于150mm。     

不同挡墙挡坝组合对两流中间包内流场的影响

在相似理论的基础上,通过水力学模拟对两流板坯连铸中间包3种不同挡墙挡坝组合形式下包内流场进行研究.试验结果表明:方案1(挡墙-挡坝-端挡坝方案)挡墙与挡坝间距不合理,端挡坝未起到控流作用致使中间包内流体平均停留时间、峰值时间短,死区比例较大(27.9%);方案2(挡坝-挡墙-端挡坝方案)显著改善了中间包内流场状况,全混流区及活塞流区比例增加,死区减小为21%;方案3(双墙双坝方案)由于增加一组挡墙延长了流体流动的路径,流体在中间包内的停留时间明显增加,死区比例最小(16.7%),同时微观电导率波动值也最小(0.025 ms/cm),为3种方案之最优.     

Numerical Investigation of the Fluid Flow in Continuous Casting Tundish Using Analysis of RTD Curves

 A detailed mathematical procedure of the optimization of the fluid flow in a tundish water model with and without flow control devices (weir and dam) was carried out using the commercial CFD code FLUENT 60. The (k ε) two equation model was used to model turbulence. The residence time distribution (RTD) curves were used to analyze the behavior of the flow in tundish. The location of flow control devices in the tundish was studied. The results show that the flow modifiers play an important role in promoting the floatation of nonmetallic inclusions in steel. Comparing the three geometric configurations that are considered (bare tundish, weir, weir+dam), the tundish equipped with the arrangement (weir+dam) is a best and optimal geometric configuration of tundish.     

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。     

中间包控流装置优化的数值模拟及生产应用

以钢液停留时间分布曲线(RTD曲线)为评判标准,利用数学模拟方法,对某钢厂中间包控流装置进行优化设计。结果表明:将原型中间包的挡墙和挡坝间距增大,可以延长钢液平均停留时间,活塞区比例提高了17.15%,死区比例降低了2.2%。目前优化后的包型在现场稳定应用,以管线钢为例,夹杂物合格率提高了5%以上,明显提高了中间包的冶金功能。铸坯大样电解结果表明,优化后的中间包利于夹杂物的上浮去除,夹杂物总量平均为原包型的41.75%。     

基于示踪剂法板坯连铸40t中间包内钢液流动行为的物理模拟

通过中间包1:3水力学模型,利用激光片光源对中间包水模型进行切片照射、加入示踪剂显示流体流动特性等手段,研究了钢厂板坯连铸双流40 t中间包水模型挡墙挡坝的相对位置,长水口插入深度（50~105mm）和流量（拉速）(0.7~0.9 m³/h)对流动行为的影响。结果表明,流量0.8 m³/h、长水口插入深度93 mm、挡坝内移1 cm的工艺设计较为合理,优化后工艺条件下中间包流动状态较好,有利于减少"死区"比例和夹杂物上浮去除。     

具有加热功能的四流连铸中间包合理结构及挡墙设置的研究

为配合等离子中间包加热工程，冶金部鞍山热能研究院根据连铸中间包等离子加热工程的需要，在原有四流中间包的基础上重新设计了具有加热功能的中间包，并进行了水力模型试验，确定了合理的中间包结构和挡墙设置，对进一步提高铸坯质量直到一定作用。     

Fluid flow behaviour in slab continuous casting tundish with different configurations of gas bubbling curtain

Abstract

Fluid flow characteristics in a two strand slab continuous casting tundish with different configurations of argon gas bubbling curtain (GBC) were investigated in physical modelling experiments. It was found from this research that the GBC with a small flow rate acted as a gas dam and could greatly improve the flow characteristics in the tundish. It increased dramatically the peak concentration time and plug flow volume, decreased greatly the dead volume, created surface directed flow and eliminated short circuiting. Therefore, the fluid flow characteristics in a tundish with GBC were favourable to the floatation and separation of inclusions from molten steel. The flow characteristics with low gas flow rate and short distance of the bubbling curtain from the tundish outlet were better than those with high gas flow rate and large distance of the curtain to the outlet. The optimal configuration for the improvement in fluid flow characteristics was turbulence inhibitor (TI)–weir–dam–GBC (TI–W–D–GBC), followed by TI–channel weir (CW)–GBC, TI–W–GBC and TI–GBC.     

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。