六流H型通道感应加热中间包的结构优化

摘要：为解决六流H型通道感应加热中间包原型死区比例大,各流一致性差,第3流和第4流钢水短路流的问题,通过水模拟实验对中间包流场进行优化,同时采用数值模拟对中间包温度场进行了模拟。结果表明,在中间包内添加挡坝或在V形挡墙上开导流孔均可改善流体的流动状况。与原型结构相比,优化后的A4方案（V形挡墙上开2个水平倾角分别为36°、44°,孔径105mm,距包底分别为170和510mm的导流孔）总体平均停留时间延长了165s,死区比例降低了23.95%,各流水口之间的最大温差仅为0-5K,一致性显著提高。     

基于水力学模拟试验的3流连铸20 t中间包结构优化研究

采用几何相似比1:2.5的水模型试验研究了带有一字型挡墙,矩形导流孔,水平无倾角的原型中间包以及V形挡墙,倾角0°~40°Φ80~Φ120mm圆形导流孔,并加抑制器的改进结构的流场,得出V字型挡墙+30°倾角和直径Φ80 mm导流孔+深盘带唇缘型湍流抑制器的改进中间包结构最优,可延长钢液在中间包内的停留时间,死区体积从原中间包的48.16%~63.06%降至10.3%~10.9%,有利于夹杂物的快速上浮。     

包钢烧结合理利用巴西高硅混合粉实验

摘要：为解决六流H型通道感应加热中间包原型死区比例大,各流一致性差,第3流和第4流钢水短路流的问题,通过水模拟实验对中间包流场进行优化,同时采用数值模拟对中间包温度场进行了模拟。结果表明,在中间包内添加挡坝或在V形挡墙上开导流孔均可改善流体的流动状况。与原型结构相比,优化后的A4方案（V形挡墙上开2个水平倾角分别为36°、44°,孔径105mm,距包底分别为170和510mm的导流孔）总体平均停留时间延长了165s,死区比例降低了23.95%,各流水口之间的最大温差仅为0-5K,一致性显著提高。     

六流H型通道感应加热中间包的结构优化

为解决六流H型通道感应加热中间包原型死区比例大,各流一致性差,第3流和第4流钢水短路流的问题,通过水模拟实验对中间包流场进行优化,同时采用数值模拟对中间包温度场进行了模拟。结果表明,在中间包内添加挡坝或在V形挡墙上开导流孔均可改善流体的流动状况。与原型结构相比,优化后的A4方案(V形挡墙上开2个水平倾角分别为36°、44°,孔径105 mm,距包底分别为170和510 mm的导流孔)总体平均停留时间延长了165 s,死区比例降低了23.95%,各流水口之间的最大温差仅为0.5 K,一致性显著提高。     

六流方坯中间包内流场的数值模拟及优化

以唐钢150mm×150mm铸坯6流T型中间包为研究对象,用商业软件ANSYS对中间包内钢液流场进行了三维数值模拟与优化,研究了中间包内钢液的流动特征和设置导流挡墙后中间包内钢液的流动方式。结果表明,设置合理的挡墙和导流孔可以有效改善中间包冶金效果;3个导流孔直径(mm)分别为93、72、36,位置(mm)为(220,140)、(350,280)、(700,300),倾斜角度为(21°,15°)、(8°,23°)、(10°,28°)时中间包流场最为合理。     

基于中间包冲击区的流场优化

针对某厂中间包原型在实际生产过程中生产平稳性以及产品洁净化等方面的问题，结合数值模拟和物理模拟的方法，对中间包进行了结构优化。对单因素变量(冲击区体积以及导流孔孔径、倾角)进行分类单因素优化，并以出口温差和死区比例的一致性变化规律作为进一步复合优化指导，确定了较优的中间包结构参数。结果表明，复合因素的优化效果大于单因素，并且中间包冲击区的体积大小对流体的流动状态影响最大，导流孔孔径次之，倾角最小。确定了1号挡墙移动450 mm、导流孔孔径选择100 mm、导流孔K-1和K-2倾角选择20°以及导流孔K-3移动50 mm、倾角选择10°的较优方案。该方案的死区比例为16.27%,相较于原型降低了29.03%,远流端和近流端的出口最大温差由原型1.6 K降至0.6 K,进一步提高了中间包流场的均匀性。这为该厂实际中间包优化提供了理论依据，也可为同类中间包优化提供思路和结构参数的参考。     

六流小方坯中间包流场优化水模研究

为改善某钢厂六流小方坯中间包钢液流场,净化中间包钢水以及改善钢水的温度分布,通过合理设计正交水模试验,考察各方案中间包死区体积、多流一致性等参数,以及两者的综合指标,表明影响该中间包流场综合特性的主次因素顺序为:孔径大小→导流孔倾角→挡墙位置→挡墙高度,其中导流孔径55mm,向上倾角30°,挡坝距中端400 mm,高度250 mm,此方案流场较为合理。     

六流连铸机T型中间包控流装置优化的物理模拟研究

以某钢厂六流连铸机T型中间包为研究对象,根据相似原理建立了几何相似比为1∶4的物理模型。模型从挡墙上导流孔角度优化方面研究中间包内流动特性的改变。实验结果表明,上导流孔倾角15°、下导流孔倾角25°方案控流装置获得了相对最优的结果。采用优化后的控流装置,死区总体比例从原型方案的22.24%降为15.75%,钢液得到更充分的混匀;各流平均停留时间标准差从原型方案的37.92 s降到31.29 s,各流一致性也得到改善。     

中间包导流挡板设计与冶金效果

为了提高6流方坯中间包冶金效果,通过中间包水力学模拟试验,研究了导流挡板中导流孔参数对中间包流场特征的影响,并对其进行极差分析,最终确定了导流挡板各参数影响中间包流场特征的主次顺序为:导流孔孔径＞倾角＞高度.并以此为指导思想,结合CFD数值仿真对导流挡板进行设计.设计方案为:3个导流孔直径分别为93、72、36 mm,位置分别为(220mm,140m m)、(350mm,280m m)、(700 mm,300mm),倾斜角度分别为(21°,15°)、(8°,23°)、(10°,28°).工业试验表明,设置该导流挡板装置可以有效改善钢液流动特性,提高中间包冶金效果.     

20t T型中间包控流装置的模拟和优化

用CFX 流场计算软件模拟对比20t T型中间包3种控流装置,研究导流孔个数、孔径、位置对中间包钢水流场的影响,得出较合理的控流装置方案。模拟和应用结果表明,采用两边挡墙设上下导流孔,中间挡墙设一个导流孔,中间包内钢水流场、液面和出口流稳定,钢水温度波动小,中间包钢水平均停留时间提高至712 s,有利于钢水中夹杂物去除。     

12流小方坯6流中间包结构优化的数值模拟和冶金效果

利用数值模拟对宣钢12流150mm×150mm连铸机的35 t 6流中间包的三维流场、浓度场和温度场进行研究,得出了最佳控流装置挡渣墙孔径120 mm,水平偏角5°,竖直仰角5°。应用结果显示,优化结构中间包的流场明显改善,各流的流动特性趋于一致,钢液对第6流塞棒的冲击减轻,各流最大温差由原先的10 K降低至4K。且连浇时间由原先的20h延长到26h。     

0.8 m/min拉速H异型坯中间包控流装置对传递性能影响的数值模拟

根据长8 m,钢水液位0.8 m的3流H型连铸坯中间包,采用FLUENT软件建立三维几何模型模拟研究了弧形挡墙导流孔直径D（100~200 mm）,导流孔高度H（350~550 mm）和两导流孔夹角θ（20°~50°）对中间包内钢液的流场和温度场分布、钢液的混合状况及不同粒径夹杂物上浮去除的影响,结果表明导流孔直径D 100 mm、导流孔高度H 550 mm、导流孔夹角θ 50°时,中问包综合传递性能最优,各流平均停留时间差和各出口钢水温度差较小,大颗粒夹杂去除率达76%。     

六流中间包挡墙优化的数值模拟和工业实践

根据钢厂40 t六流重轨钢中间包的结构和工艺参数,通过Ansys Fluent软件数值模拟的方式,研究了其流场、温度场及RTD（停留时间分布）曲线。研究发现,原中间包流场及温度场分布不合理,各流一致性较差。通过正交试验,确定了挡墙开孔底部仰角10°、中部仰角10°、开孔上移0 mm的优化方案。模拟结果表明,通过优化设计,提高了中间包的整体流场速度, 大幅降低了钢水的平均停留时间标准差,最低温度提高了 14.2 K,各流水口温差缩小了 1.77K,各流一致性显著增强。40 t中间包U75V重轨钢的生产应用结果表明,优化后最远端水口（3号水口）平均停留时间由原687.1 s降至575.5 s,各流温差由2.05 K降至0.28 K,改善显著。     

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。     

4流大方坯45 t中间包流场的物理模拟和冶金效果

通过几何相似比1:3的水模型对钢厂4流410 mm × 530 mm大方坯连铸机的不同结构的40～50t中间包进行流场、温度场以及流动特征的研究,并得出最佳控流装置。研究结果表明,为满足4流大方坯中间包对流场的要求,有通道式感应加热装置的中间包与无通道式感应加热装置的中间包优化出的最佳控流装置不同。对于无通道式感应加热装置的中间包,采用最佳方案(湍流控制器+带导流孔的"V"型挡渣墙+挡坝组合的控流方式),延长了近流水口响应时间及平均停留时间,各水口钢液的流动模式趋于一致,中间包内钢液的流动特征得到明显改善。生产40Cr钢实践表明,可连浇8炉,各水口最大温差为4℃,中间包钢液中T[O]约为10×10^-6。     

280 mm×380 mm方坯连铸结晶器钢水流场的数值模拟

借助商业软件CFX4.4,对拉速0.8 m/min、两孔浸人式水口结构内腔中的钢水流动和(mm)280×380 ×800结晶器内70L(0.70%C)钢水流场进行了数值模拟。结果表明,侧孔倾角度10°、20°时,结晶器液面附近有二次漩涡出现,易造成卷渣;倾角30°时,液面相对平静;水口插入深度175~225 mm时,水口射流对结晶器钢水液面没有明显的冲击。