通道式感应加热7流中间包流场的物理模拟

 为解决通道式感应加热7流中间包各流一致性差、第2和第6流钢水停留时间短的问题,通过水模拟试验对该中间包流场进行优化。等温试验结果表明,通过改变通道结构以及添加双挡坝可改善流体的流动状况。与原型结构相比,优化后中间包总体平均停留时间延长了277.8 s,死区比例降低了30.16%,各流一致性得到较大改善。非等温试验表明,感应加热引起的包内自然对流不可忽略,流体经加热从通道流出后会形成明显上升流。通道内外温差越大,中间包各流的一致性越好。针对原型方案,通道内外温差为5 ℃时,中间包内流体停留时间即较无温差时明显延长,死区基本消除。     

基于数值模拟的五流感应加热中间包流场优化

中间包配置感应加热器后的结构与原型中间包结构差异较大,不宜使用常规添加挡墙、挡坝或稳流器的方式优化流场.针对国内典型5流通道式感应加热中间包分流过热度高及边部流和中间流的温差大等问题,设计了改进方案,并通过数值模拟方法研究了不同结构的流钢通道对中间包流场和温度场的影响.结果表明,带有变径的分口式流钢通道的结构最佳,依此...     

六流双通道感应加热中间包钢水流动控制

通道式感应加热是近年来得到快速推广应用的中间包冶金新技术,其通道常为直通式结构。然而对于多流狭长型中间包,这种结构会造成包内各流钢水流动和温度差异大,从而影响铸坯质量的稳定性和一致性。为此,提出了一种分口通道结构,并以国内某钢厂一需要改造的6流中间包为原型,通过物理模拟方法探究了通道孔径、角度等对钢水流动的影响,且与常规直通道结构进行了对比。结果表明,分口两孔径分别为90、60 mm并配合挡坝结构的A1D方案可明显改善整个中间包的流动均匀性,各水口RTD曲线几乎重合。该结构应用于某厂重轨钢生产,铸坯质量稳定,各流钢水温差为0~3 ℃,取得了良好的应用效果。研究为该类中间包的结构设计提供了新的思路和方法,同时也表明传统的物理模拟方法仍可用于指导感应加热中间包的设计和优化。     

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。     

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。     

变径通道在八字型感应加热中间包中的应用

以国内某钢厂6流八字型通道式感应加热中间包为研究对象,为了改善原型中间包的流场特性、降低温降、均匀各出水口温度,提出使用变径通道的方案并利用水模拟、数值模拟的方法对八字型感应加热中间包的流场及温度场进行研究,以此得到变径通道对中间包流场、温度场的优化效果。研究结果表明:原型中间包内流场分布不合理且温度差异明显,流往中间包中部的流股较少,中间包中部存在较大的低温区,各出水口温度分别为1 768、1 765.54、1 753.23 K;使用变径通道后,可以有效地改善流场的分布,增加了流向中间包中部的流股,提高了温度的均匀性,各出水口温差控制在3 K以内,温度分别为1 761.77、1 760.46、1 763.08 K。     

双通道感应加热中间包的三维磁流热耦合模型

 结合感应加热的中间包冶金是当前提升特殊钢连铸洁净度和质量稳定性的前沿技术。针对大方坯连铸用T型六流中间包,利用流动-传热耦合模型研究了控流装置对具有双感应加热通道中间包冶金行为的影响,首先获得了不开启感应加热工况下中间包的优化控流结构;进而通过对该结构进行电磁-流动-传热耦合模拟,研究了感应加热的控流和热补偿作用。结果表明,通过提高加热通道高度并配合双挡坝结构可进一步改善流体流动状况、提高各流一致性。其中,在不开启感应加热时,优化后中间包较原型死区比例由31.4%降低为17.6%,活塞区比例由19.1%提高为39.1%,平均停留时间标准差由99.6减小到40.3 s。开启感应加热后,中间包内流场有显著变化,通道出口钢液具有明显的上升流,这将有利于夹杂物的上浮去除。开启感应加热30 min后较未开启感应加热时中间包各出口平均温度由1 798.1升高为1 827.3 K,这表明感应加热可有效补偿钢水浇注过程中的热损失。这一功能有利于实现低过热度恒温浇铸,从而也有助于提高中间包控制铸坯洁净度和铸态组织一致性的综合冶金效果。     

非对称中间包稳态浇铸与换包操作的冶金效果

为合理评价并优化工业用三流非对称中间包的冶金效果,在对该中间包4种控流方案下稳态浇铸过程流场、温度场数值分析的基础上,通过RTD曲线定量分析了中间包不同控流方式下的钢水混合特性,并应用VOF模型追踪了换包操作时的钢液面行为。结合实际工况特点,从稳态和非稳态两方面研究了增设控流装置前后中间包的冶金性能,实现了对其实际浇铸条件下冶金效果的全面评价。结果表明,无控流装置的原型中间包结构不尽合理,存在明显的短路流,死区比例较大,钢水温度分布不均匀,且各流一致性差,易导致铸坯质量差异。导流隔墙组合湍流抑制器的控流方案可大大改善稳态浇铸时中间包流场及温度分布状况,包内死区比例较原型降低13.28%,3个出口温差仅为0.5K,各流一致性显著提高。然而,此方案在换包操作时可能出现钢液面速度较大及液面波动现象,易导致钢液暴露、二次氧化乃至发生卷渣,应注意换包时间及其液面高度和入口流量的控制。     

中间包感应加热的数值模拟

为了研究通道式感应加热中间包的加热效率和流场的分布情况,对通道式感应加热中间包进行电磁场、流场、温度场耦合计算分析,在此基础上提出了1种新的弧形通道设计方式。计算得出:直线型通道式感应加热中间包在加热功率1 000kW的情况下,升温速率可达2℃/min;而弧形通道的设计加热效率更高,平均升温幅度比直线型通道高2~5℃,且死区面积减小,浇铸区温度分布更加均匀。     

特殊钢大方坯连铸中间包各流冶金效果一致性研究

摘要：多流中间包各流钢水流动与温度状态差异是造成高端特殊钢连铸坯质量一致性差的重要原因之一。针对国内某钢厂特殊钢大方坯连铸用4流T型中间包边部流和中部流实测温差较大问题（4~7℃）,基于实际工况特点,进行了中间包冶金行为的热流体动力学数值模拟研究,揭示了原型中间包边流水口响应慢及各流一致性差的原因;提出一种控制钢水流动和流间温差的内腔结构改进措施,可使包内钢液温度均匀性得到明显改善。其中,理论最小流间温差可降低到1℃以内,实测流间温差在0~3℃之间,较原型大大减小。同时指出,基于热流体动力学数值模拟优化中间包结构、提升多流中间包全铸流冶金效果一致性在特殊钢长材生产中具有重要意义。     

六流小方坯中间包堵流浇注的数值模拟研究

在连铸生产中,时常会因钢水供应不足或设备故障对生产节奏调配而进行堵流操作.以某厂六流小方坯中间包为对象,采用数值模拟的方法,研究了其在堵1流和堵2流浇注的情况下的流场和温度场及夹杂物的去除率,来确定最佳的堵流操作,为现场生产提供理论指导.结果表明,堵1流和堵2流情况下,随着堵流从边缘靠近冲击区,中间包整体平均停留时间分...     

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。     

异型坯连铸长水口浸入深度对36 t中间包流场和温度场的影响

通过建立的中间包钢液流动传热三维耦合数学模型,采用FLUENT软件模拟研究了H-型钢用三流异型坯连铸长水口浸入深度(100~200 mm)对36t中间包Q235B钢水(0.12%~0.20%C)流场和温度场的影响。结果表明,随长水口浸入深度的增加,中间包内钢水自由液面波动有减少趋势;中间包各流出口钢水平均停留时间差和各流钢水出口温度差显著增大;该中间包异型坯连铸过程合适的长水口浸入深度约为125 mm。     

四流小方坯中间包结构优化的物理模拟

随着钢铁工业的发展,人们对钢的质量要求越来越高,连铸中间包结构是和连铸坯最终质量形成相关的一个重要因素。试验以某厂四流小方坯中间包为原型,1∶3的比例制作了有机玻璃水模型,在不同的中间包结构下,KCl做示踪剂,采用"刺激—响应"技术测得流体的平均停留时间;黑墨水做显示剂显示流场。试验结果表明:采用"V"型挡墙开两孔时,钢液的平均停留时间短,滞止时间短,死区体积比例大。"V"型挡墙只开上孔时,能够很好的优化中间包,改善钢液的流动状态,使钢液的平均停留时间延长58.85 s,死区体积比例减小10.06%;同时还保证了各流之间的均匀性,即各流之间的温度、成分差异较小。     

八流中间包内钢液流动和传热特性的研究

根据某钢厂新设计的八流小方坯连铸机一体式中间包,采用正交试验的方法,利用数值模拟对中间包控流装置的试验方案进行流场、温度场以及流动特征研究,设计出新的控流装置。研究结果表明:未加任何控流装置的中间包内钢液流场不合理,各流流动特征相差较大且温度差异明显,采用优化后的控流装置后,各流钢液的流动模式趋于一致,且温差明显缩小,夹杂物去除率提高。实际冶金效果显著,生产Q235钢各流最大温差为4℃,连浇时间可达26 h且控流装置基本完好。