特大型钢包烘烤过程包壳表面温度场研究

针对新型300 t钢包,采用现场测试和三维有限元数值模拟对烘烤阶段包壳表面的温度场进行了研究,有限元计算结果与现场测试数据吻合较好,所采用数值模型可靠准确地反映了实际情况.现场测试结果表明,钢包在烘烤阶段,包口处的包壳表面温度最高,其余部位温度相差不大.钢包烘烤10 h后投入运行,包壳表面的温度持续上升,仍处于蓄热状态.通过数值模拟得到新型钢包要经过30 h的烘烤才能达到稳态,烘包过程进行15 h后,包壳表面温升速率降低到小于5 ℃/h.     

连铸用钢包的耐火内衬优化及疲劳寿命预测

摘要：连铸技术对钢包的性能要求越来越高，而传统钢包炉衬构件普遍存在使用寿命短、消耗高等问题。通过研究耐火材料特性，优化内衬结构布置，设计出一种长寿命、超保温的新型钢包，并基于数值模拟技术，对新型钢包与传统钢包在典型工况下的温度与应力进行对比分析。温度场模拟结果表明，新型钢包在保温性能上有较大的提升，钢包壳最高温度较传统钢包降低54℃。同时，应力场结果表明，新型钢包壳的最大应力减小了66.7MPa且整体应力分布更加均匀。最后将温度场和应力场的分析结果反馈到钢包的生产、制造、维护上，并进行实验验证。实验结果表明，新型钢包在保温与长寿等性能方面表现更好，内衬寿命提高了119炉次，达到了钢包设计、制造、维护一体化的效果。     

基于传热反问题的钢包热状态跟踪模拟

现代化高效连续炼钢的关键是钢水温度控制,钢包热状态是钢包周转过程中钢水温降的重要影响因素,因而烘烤结束时的钢包热状态至关重要.由于钢包内部温度较高,生产场地布局复杂,电子原件的使用寿命较短等原因,传统的实测法和数值模拟等方法都无法实现包衬内部实时接触式测温.针对上述情况,文章运用有限差分法正向求解包衬温度场,再建立非稳态的钢包传热一维数学模型,采用Fluent软件模拟火焰温度场,用传热反问题研究方法以钢包易测量的包壳温度为已知条件,对包衬温度分布进行数学反演,并通过计算机C#语言对210t钢包烘烤过程进行智能化模拟追踪,编写了烘烤过程的温度场实时监控软件,为钢包调度和编制合理的烘烤制度提供了一个切实可行的新方法.      

钢包保温层优化及应用

原复合反射绝热板热导率系数值较大,钢包包壳温度较高,在使用过程中钢水温度损失大;而新型气凝胶绝热板是以纳米材料为主,主要材质为SiO₂气凝胶,具有导热系数低、耐高温、密度小、抗压强度高等优越性能。某钢厂120 t钢包保温层用新型气凝胶绝热板替代原复合反射绝热板的效果表明,钢包包壳表面温度平均下降59～73 ℃;通过两种钢包包壳温度计算得出,在生产中,钢包每周转一次,可节省钢水温损9.88 ℃,钢水温降速率降低0.11 ℃/min;通过实测LF炉软吹结束钢水温度及铸机开浇时钢水温度,钢水温降速率降低0.12～0.13 ℃/min,实际钢水温降速率与钢包包壳节省温度计算的钢水温降速率基本吻合,成本下降2.7元/t(钢),取得了良好的试验效果,为新型气凝胶绝热板在钢厂其他保温设备上的应用提供了重要的参考价值。     

感应钢包炉的电磁特性与结构优化

感应钢包炉是国外新发展的二次精炼与加热设备，具有高效低耗、无污染等优点。在电磁场与包壳结构数值分析的基础上，探讨了感应钢包炉熔炼过程的电磁特性，依此提出了改进的感应钢包炉包壳结构。模拟显示，新的包壳结构可使钢包炉的电热效率提高８％～１０％，使钢包炉的总能耗降低５％，且包壳的分瓣数可控制在４～８，有利于提高包壳的力学性能和钢包炉运行的安全性     

烟气回流蓄热式钢包烘烤器的研究开发

将气体射流技术引入到钢包烘烤器的开发研究中,利用CFD通用流体软件模拟了在新型结构中的流场和燃烧加热效果,并分析了结构对流场和温度场的影响.研究结果表明,引入气体射流技术和高温空气燃烧技术的新型钢包烘烤器结构,能够有效地改善钢包烘烤效果以及加热均匀性,并较大程度地减小了污染物排放量.     

感应钢包炉的电磁与结构特性

通过电磁场数值计算对感应钢包炉的电磁场设计和包壳结构进行研究，结果表明，感应钢包炉内磁轭的安装量应在Ｒ／Ｒ１＝０．３￣０．４、Ｓ／Ｓ１＝０．４￣０．５范围内，为降低包壳涡流损耗，感应钢包炉炉发瓣数应为１０￣１４。     

带有真空壳和盖的钢包墙体传热研究

采用涂有防辐射材料的钢板焊接在传统钢包和钢包盖外壳上,构造出新型带真空壳钢包体减少热损失,并运用真空绝热理论,研究压力(50~10~5Pa)对500kg,1 873 K的钢液温降以及真空壳内综合传热机理的影响。结果表明,30 min后,钢包壳和钢包盖真空室的真空绝对压力分别为50 Pa和10~3Pa时,钢液温降分别为8 K和37 K;转化对流附加因素值在10~5 Pa时是在50 Pa的200倍;传统钢包绝热层的导热系数是真空壳绝对压力为50Pa时的11倍;工作层耐火材料导热系数是真空压力为50 Pa的116倍。因此,新型钢包在低压力下保温作用明显。     

钢包材料SM490B钢断裂及中温低周疲劳性能研究

针对新型钢包包壳材料SM490B钢，进行了室温断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率及350℃（32作状态下，钢包包壳表面的最高温度）下的低周疲劳试验研究。结果表明，SM490B钢的强度和断裂韧度明显高于包壳曾用材料SM41A（Q235）、20g。在试验所取的应力强度因子幅值范围内，与Q235A钢和20g钢相比，SM490B钢的疲劳裂纹扩展速率较快。350℃下的低周疲劳寿命高于压力容器常用钢材16MnR钢30（1℃下的疲劳寿命。新型钢包包壳材料采用SM490B钢，可大大减少包壳开裂的可能性，提高钢包的承载能力和使用安全性，延长钢包的使用寿命。     

钢包加盖过程仿真及其保温性能研究

基于ADAMS建立了钢包加盖的模型,对钢包取盖过程进行了动力学仿真分析,验证插齿式揭盖机构的可行性,并根据仿真结果对其结构重新设计改进。利用有限元法建立了钢包的热力学模型,分析了钢包稳态温度场的分布,并将稳态温度场作为初始条件加载到模型中进行钢包加盖的瞬态热分析,获得了钢包的温度变化曲线。仿真结果表明钢包加盖后可以使钢包节能约115×105kJ,可见对钢包蓄热能力影响显著。     

不同渣型缓冷制度下铜渣的热场仿真与分析

为了明晰不同渣型缓冷制度下铜渣温度分布,以ANSYS有限元软件为基础,建立3D模型,对其进行热场仿真研究,得出闪速炉和转炉铜渣缓冷制度下温度分布。结果表明,闪速炉和转炉铜渣前期温度下降比较缓慢,此后温度下降速度增加,在水冷前2 h内温度下降速度达到最大,随后下降速度减缓。在初期0 h时,渣包温差达到851.51 ℃,此时渣包承受热应力最大,影响渣包使用寿命,需对渣包进行预热处理。在冷却水缓冷初期2 h内,铜渣温度下降速度快,为了使含铜颗粒充分聚集,需减缓降温速度。在冷却水缓冷2~50 h阶段,铜渣已经凝固,应增加降温速度,减小渣缓冷时间,节约生产成本。     

偏心底吹氩钢包三维流场的特性

模拟研究了偏心底吹氩钢包内钢液流场,并分析了该流场的主要特点。结果表明在偏心底吹氩钢包中,钢液形成一个三维流动体系,纵向形成了以沿气液均相区、钢液表面、包壁、包底为轨迹的大循环流场,横向形成了以喷嘴所在直径为轴的一个对称循环流场。在吹气量一定的情况下,底吹喷嘴位置对流场有较大影响。     

钢包底温度场和应力场数值模拟

钢包是连铸生产线上的重要设备，其内衬的热应力是影响钢包寿命的主要因素。本文运用有限单元法，对钢包底的温度场和应力场进行了数值模拟。计算结果表明，新包预热后仍处于吸热状态，经数次热循环后才达到“准稳态”；包底工作层应力值在预热完成后，钢水注入瞬时达到最大；包底工作层热面靠近包壁处的应力比靠近中心部位高，可在靠近包壁处增设保温装置降低该处应力。     

新型保温材料在钢包隔热层上的应用研究

介绍了安钢第一炼轧厂在100t钢包采用新型纳米材料作为隔热层的工艺试验。生产实践表明,该新型钢包保温性能良好,能够减少钢包散热、降低精炼电耗、稳定中包钢水温度,这一生产应用取得了良好的工艺效果和经济效益。     

预热烘烤对钢包热行为的影响研究

结合H钢厂的实际情况,采用有限元分析法对新钢包温度场进行研究,进而采用ANSYS数值模拟软件对钢包从烘烤至周转过程进行了数值模拟,重点分析了预热烘烤对新钢包热状态及钢水温度的影响,并进行了试验验证。结果表明:新钢包预热烘烤25 h虽然达到红包状态,且包壁温度趋于热饱和,但是包底仍有蓄热升温空间,周转后钢包造成钢水的最大温降约10℃;预热烘烤55 h后,钢包整体趋于热饱和,周转后钢包造成钢水温降不到1℃,因此可知理想的预热烘烤时间为55 h,为炼钢厂钢包烘烤制度及出钢温度制度的制定提供了参考。     

Thermal Modelling of the Ladle Preheating Process

To predict the temperature distribution in the ladle wall during the preheating process a two dimensional model was developed. The model calculated the heat transfer and the velocity field in the gas phase inside the ladle as well as the heat transfer in the solid walls during the preheating process. Measurements of the temperature in an industrial lade were carried out using an infrared radiation (IR) camera. The measurements were made inside and outside the ladle. The model predictions were found to be in reasonably good agreement with the measured temperatures. It was found that the preheating time could be minimized when the working lining became thinner. The effect of the distance between the lid and the ladle was also studied by the model. The results indicated that there was no significant temperature change on the upper side wall of the ladle. On the lower side wall and bottom the temperature changed slightly. The temperature difference in the lower part of the ladle could be explained by the larger flame distance from the bottom layer.     

新型钢包覆盖剂的研制

为了改善钢包覆盖剂的保温性能,研制出了采用炭化稻壳为主原料的新型钢包覆盖剂。它具有强度好、粉尘少、堆比重轻的特点,兼具钢液保温、防止钢水二次氧化等功能。在工业生产中试用,取得了较好的效果。