高拉速厚板坯连铸结晶器流场影响因素的模拟研究

运用数值模拟研究方法,研究高拉速厚板坯连铸结晶器流场的影响因素;研究浸入式水口结构、水口控流方式、水口出口角度、水口浸入深度、结晶器宽度、结晶器厚度、吹氩等因素对结晶器流场、液面流速以及初生坯壳的影响.结果表明在高拉速下,结晶器的流场不稳定因素增多,工艺参数对结晶器流场的影响因数增加.在高拉速下结晶器流场流速高,液面波动大,液钢流束冲击深度大,势必造成产品质量的下降趋势,因此高拉速厚板坯连铸过程必须采用电磁制动或流场控制技术,降低高流速带来的不利影响;水口结构与结晶器规格最优化与匹配能得到适宜的结晶器流场;同时发现高拉速钢液流束对结晶器初生坯壳的影响严重,是高拉速漏钢率高的直接原因之一.     

板坯连铸结晶器流场及液面波动的水模研究

以我国实际生产的某连铸结晶器为原型,建立1∶1有机玻璃水模型,研究了不同结晶器断面、不同中间包液位下,板坯连铸结晶器流场形态和结晶器液面波动情况,研究发现中间包液位的变化对结晶器液面流场和波动产生影响;同时中间包液位改变了水口出口的压力和流速,进一步影响结晶器流场和液面波动.实验工况条件下,最佳中间包液位的稳定高度为800 mm.建议生产过程稳定控制中间包液位,以提高连铸坯质量.     

连铸结晶器液面波动的模拟

基于Fr-We相似特征数,通过相似比例为0.6的水模型实验,系统地研究了拉速、浸入深度、吹气量、水口直径和侧孔倾角对结晶器液面波动的影响.结果表明:结晶器液面波动是由于气泡的逸出、流股对液面的直接冲击和驻波综合作用造成的;结晶器液面波随吹气量的增加而增大,拉速、浸入式水口的浸入深度、直径及侧孔倾角对液面波动的影响具有双重性.     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以150 mm×(1 600～3 250) mm宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了一个三维有限体积模型,采用多相流的VOF模型对结晶器内保护渣-钢液界面波动进行数值模拟,重点研究了拉速、水口倾角、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度、拉速的增加,液面波动明显增大;采用较大的水口倾角,可以抑制液面波动,减少卷渣.     

静磁场控制板坯连铸结晶器液面波动

 用Pb Sn Bi低熔点合金进行了热模拟实验,研究了在静磁场作用下板坯连铸结晶器内的液面波动行为。实验结果表明可应用静磁场控制结晶器内金属液面的波动,且磁场对表面波动的抑制作用有一最佳值,即磁感应强度为05 T时液面平均波动最小。为此,为了减少由于液面波动引起的连铸板坯中的卷渣缺陷,有必要在一定的浇铸条件下优化磁感应强度。吹入氩气加剧了表面波动,且随着氩气流量的增加扰动加大。施加电磁制动能够使吹入氩气引起的液面波动受到显著的抑制。     

高拉速连铸结晶器非正弦振动同步控制模型

 结晶器非正弦振动是实施高拉速连铸和提高铸坯质量的关键技术。提出了结晶器非正弦振动波形及振动工艺参数的确定方法和基本参数的选取原则,并结合高拉速连铸机的特点,分析了振动基本参数对工艺参数的影响规律,建立了拉速与振动基本参数间的同步控制关系,为改善工艺参数、最大限度地发挥非正弦振动技术优势、满足高效连铸生产要求提供了依据和指导。     

板坯连铸结晶器保护渣性能的高拉速适用性研究

试验研究了唐山不锈钢厂180～200 mm板坯连铸使用的成分(%)分别为56～58黄长石、25～27硅灰石、4～5枪晶石、10～12玻璃相和20～22黄长石、78～80玻璃相两种结晶器保护渣的理化特性、结晶相结构及渣液的化学成分、熔化温度和液渣层的厚度。结果表明,在拉速≥1.5 m/min时,为使保护渣在结晶器内保持"全程液态润滑",保护渣的熔化温度应≤1049℃,熔化速度控制在(34±2)s;最佳熔渣层厚度为10～15 mm,渣子粘度为0.19 Pa·s。     

板坯连铸结晶器自由液面波动的水模型研究

针对某板坯连铸机,采用1:1的水模型,研究了不同浸入式水口的侧孔倾角、不同拉速和浸入深度对自由液面波动、冲击深度和平均停留时间的影响.研究结果表明:板坯尺寸为1 750mm×230mm时,建议采用的最优工艺参数为浸入式水口的倾角为向下15°,拉速为1.2～1.4 m/min,浸入式水口的浸入深度为200～250 mm.     

方坯高拉速连铸结晶器的研究与开发

介绍了国内外近年来有关方坯高拉速连铸结晶器的研究与开发概况 ,针对武钢现状提出了二炼钢连铸结晶器改造设想。     

Large Eddy Simulation for Unsteady Turbulent Field in Thin Slab Continuous Casting Mold

The unsteady turbulent flow during the continuous casting of steel is important, because it influences critical phenomena that affect steel quality. Unsteady three-dimensional flow in the mold region of the liquid pool during continuous casting of steel slabs has been computed using realistic geometries starting from the submerged inlet nozzle to the mold. The cassette filter function was used to deal with unsteady Navier-Stokes equation, and then the turbulent flow in the thin slab CCM was simulated with the large eddy simulation method combined with the Smagorinsky sub-grid scale model in this paper. And the model was verified by the Particle Image Velocimetry (PIV) experimental results which was got from a relate scientific literature. In this thesis, by means of LES, the flow characteristics in the thin slab CCM were acquired, such as the vortex distribution, the formation of the large eddy coherent structures, development, shedding and fracture process. In the same time, the turbulent asymmetric distribution was revealed even the nozzle in the centre position. Interactions between the two halves cause large velocity fluctuations near the meniscus. And the vortex is located at the low velocity side adjacent to the SEN. Along with the unsteady time development, the unsteady turbulent large vortex structures of the liquid steel in the CCM presented periodic bias flow distribution, and the period is about 20 seconds.     

高效板坯连铸结晶器集成技术

阐述并分析了高效连铸结晶器的关键技术,重点介绍了高效板坯连铸结晶器集成技术研究开发的主要内容,指出开发和应用高效板坯连铸结晶器集成技术对提高我国板坯连铸的整体水平具有重要意义。     

无氟板坯连铸结晶器保护渣的研究

针对无氟保护渣开发的关键问题一一如何有效地控制结晶器传热,发现了一种代替保护渣中枪晶石的析晶物。当析晶替代物加人量大于4％时,随着加人量的增加,熔渣析晶温度和析晶率明显增大,结晶器进出水温差减小。同时,在0～8％的析晶替代物加入量范围内,无氟渣的熔点和粘度变化均满足连铸工艺要求。在重钢2号板坯铸机上浇铸中碳包晶钢结果表明,所开发的无氟保护渣使用效果优于有氟渣。     

板坯连铸结晶器保护渣卷渣及其影响因素的研究

对板坯连铸结晶器保护渣卷渣进行的水力学模拟研究结果表明,主要有三种类型的卷渣,即窄边附近的剪切卷渣、浸入式水口附近的旋涡卷渣和水口吹入的氩气泡上浮冲击钢渣界面引起的卷渣.拉速增加、减少浸入式水口浸入深度、减小水口出口倾角和增加吹入的Ar流量均会加大表面流速和液面波动,增大结晶器内卷渣的倾向,而其中拉速增加对卷渣的影响最大.当结晶器宽度为1 900 mm、采用1.4 m/min的拉速时,选择向下25°的水口出口角度、250 mm的水口浸入深度和10 L/min的Ar流量可将板坯结晶器内流场的表面流速和液面波动控制在合理的范围内,从而减小和避免结晶器内卷渣.     

板坯连铸结晶器内非对称流动对渣钢界面的影响

结晶器渣 钢界面的控制是板坯连铸操作中的重要环节。为研究渣 钢界面的流体动力学行为,建立了“空气 保护渣 钢液”三相流模型,运用雷诺应力模型和非均相混合模型对结晶器三相流场进行模拟研究,采用等体积分数法确定渣 钢界面的形状及位置。浸入式水口对中不良时会导致结晶器内产生非对称流场,研究发现该流场的渣 钢界面波动比相同操作参数下对称流场的界面波动要剧烈得多,且非对称流场的渣 钢界面会有偏流甚至旋涡出现,对结晶器操作危害很大。     

宽板坯结晶器保护渣的开发

宽板坯连铸与常规板坯连铸相比有着较大的差异.通过对保护渣理化性能、绝热保温性能的研究,确定了适合于宽板坯中碳钢连铸用保护渣的理化指标,并开发出XCN-Z型保护渣.工业应用表明:研制的XCN-Z型宽板坯连铸用保护渣使用效果好,能满足拉速为1.3～1.5 m/min的中碳钢中厚板坯连铸连轧的要求.     

薄板坯连铸无取向电工钢用保护渣的研究

针对薄板坯连铸无取向电工钢钢种及相应的结晶器保护渣特点,分析了保护渣理化性能与无取向电工钢增碳及浇注过程中结晶器热流的关系.研究发现,通过降低渣中配碳量(w(C)＜2%),并控制液渣层厚度保持在5～10 mm等方法,可有效防止保护渣引起的增碳;通过调整保护渣理化性能即降低保护渣的碱度和熔化温度的方法,可以提高无取向电工钢浇注过程中的结晶器热流,获得能够实现浇注过程中热流稳定、不引起增碳、板卷质量良好的无取向电工钢结晶器保护渣理化性能指标.