宽厚板坯结晶器内气液界面波动行为规律的实验研究

通过物理模拟研究了2200×280mm2宽厚板坯结晶器吹氩时其内界面波动行为,考察了吹气量、拉速对结晶器内液面波动的影响规律。结果表明：结晶器吹氩后,各气量下液面平均波高均增加了1.2倍以上,且液面影响的区域集中在距水口2/3断面宽度范围内,弯月面附近的波动影响则较小。与常规板坯结晶器内液面平均波高随吹气量、拉速的增加而增大的规律不同,本实验中随这两个工艺参数的增加液面平均波高均先增大后减小。本文从实验条件下得出了控制液面波动的最佳气量。     

The interfacial behavior of molten steel and liquid slag in a slab continuous casting mold with electromagnetic brake and argon gas injection

利用数值模拟方法研究了板坯结晶器电磁制动和吹氩耦合作用下吹氩量、拉速和线圈电流强度等不同工艺 参数对钢/渣界面行为的影响规律, 分析了结晶器内液面波动指数F与液面波动间的关系. 研究表明, 在一定拉速 和电磁制动条件下, 吹氩量增加会加剧钢/渣界面的局部波动, F值随吹氩量增加而增大, 弯月面处的液渣厚度与F 值呈线性递增关系; 在一定吹氩量和电磁制动条件下, 拉速增加并没有恶化水口附近的钢/渣界面波动, 而使F值 增大, 弯月面处的液渣厚度与$F$值呈线性递减关系; 在一定拉速和吹氩量条件下, 增加线圈电流强度会加剧水口附 近的钢/渣界面波动.     

板坯结晶器电磁制动和吹氩过程的钢/渣界面行为

利用数值模拟方法研究了板坯结晶器电磁制动和吹氩耦合作用下吹氩量,拉速和线圈电流强度等不同工艺参数对钢/渣界面行为的影响规律,分析了结晶器内液面波动指数F与液面波动间的关系.研究表明,在一定拉速和电磁制动条件下,吹氩量增加会加剧钢/渣界面的局部波动,F值随吹氩量增加而增大,弯月面处的液渣厚度与F值呈线性递增关系;在一定吹氩量和电磁制动条件下,拉速增加并没有恶化水口附近的钢/渣界面波动,而使F值增大,弯月面处的液渣厚度与F值呈线性递减关系;在一定拉速和吹氩量条件下,增加线圈电流强度会加剧水口附近的钢/渣界面波动.     

水口吹氩工艺条件下连铸结晶器内钢液流动行为的模拟和优化

采用冷态物理模拟方法研究了在吹氩工艺条件下板坯连铸结晶器内钢液的流动行为,考察了水口吹气量、水口插入深度和拉速等参数对连铸结晶器内钢液流动行为的影响,并在此基础上进行了优化设计.实验结果表明:在本实验条件下,当拉速大于0.8m/min时,水口吹气量可选择为4～6 L/min,水口插入深度可选择为180～200 mm.     

板坯塞棒和中间包上水口吹氩工艺水模型研究

针对唐钢不锈钢3#连铸机塞棒和中间包上水口吹氩工艺进行了原型与模型比例为2∶1的水模实验,研究了同一种板坯宽度、同一种水口条件,不同拉速、不同水口浸入深度下,塞棒和中间包上水口的临界吹气量,以及吹气量对于结晶器流场中液面波动和流股在窄边冲击点的影响规律,为现场生产中结晶器吹氩工艺参数的优化提供依据。     

水口结构对板坯结晶器液面流动行为的影响

针对不锈钢板坯轧材经常出现的夹渣和表面翘皮现象,以实际生产条件为背景,对其连铸结晶器内钢液流动行为与水口工艺的相关性进行了试验研究。基于相似原理建立了相似比0.65∶1的物理模型,对不同浸入式水口结构和浇注工艺参数下的结晶器液面状态进行了流体动力学行为评价与比较优化。其中,主要研究了拉速、浸入深度、水口倾孔倾角(4°、8°、15°)、侧孔形状(矩形、倒梯形)等对结晶器内液面波动和表面流速的影响。结果表明,连铸拉速和水口浸入深度对液面波动的影响比水口结构显著;水口上倾角由4°增大到8°、15°,结晶器表面流速有减小趋势,但因流股冲击深度减小,导致在结晶器弯月面处的波高增大。综合表明,针对实际连铸拉速1.10 m/min的需要,其适宜的水口结构为倒梯形水口侧孔、上倾8°,其在水口浸入深度110~120 mm范围内,液面平均波高为1.1~1.2 mm,平均表面流速约为0.103 m/s。同时用数值模拟方法比较了优化方案和原方案,同样表明优化方案液面较平稳,剪切卷渣概率较低。     

特厚板坯结晶器内液面波动的水模拟实验研究

以武重特厚板坯连铸结晶器为研究对象,采用1：1模型进行水模拟实验,引入新型点阵激光浪高测试系统,研究了拉坯速度、浸入式水口插入深度对结晶器液面波动的影响。实验结果表明：在相同插入深度下增加拉坯速度或相同拉坯速度下减小插入深度都会使液面波动增大,此次实验中拉速较插入深度对液面波动拥有更明显的影响。为更好的控制铸坯质量,在现有工况参数下建议使用0.2 m/min拉速和200 mm水口插入深度。     

行波磁场旋转搅拌对板坯结晶器内冶金行为的影响

基于电磁热流体与凝固传输理论建立了无间隙原子(IF)钢板坯连铸的三维耦合数值模型,研究了不同拉速下行波磁场旋转搅拌(EMRS)对2 150 mm×230 mm断面板坯结晶器内电磁场、流场、传热与凝固等冶金行为的影响,提出了行波磁场旋转搅拌对结晶器冶金性能影响的多参量评价方法。结果表明,EMRS作用下搅拌器中心横截面上磁感应强度和电磁力的最小值都出现在铸坯中心且电磁力矢量出现了6个涡心。当拉速从0.84 m/min提高到1.84 m/min时,结晶器内液面速度增大,在搅拌器中心横截面位置处,电磁力的涡数量由6个减少至4个。随着拉速增大,宽面凝固前沿最大冲刷速度、窄面附近最大液面波高及钢液冲击深度均增大,而窄面凝固前沿最大冲刷速度和结晶器出口坯壳厚度随拉速增大而减小。     

特厚板坯结晶器内液面波动影响因素的研究

以国内某钢厂特厚板坯连铸结晶器作为研究对象,采用1∶2模型进行水模拟实验,通过DJ800型多功能监测系统,研究了不同拉速和水口插入深度对连铸特厚板结晶器液面波动的影响。实验结果表明:同样的插入深度下提高拉速或者相同的拉速下减小插入深度都会使结晶器液面波动增加。     

薄板坯连铸结晶器内四孔水口的水模试验

为研究内4孔水口下拉坯速度、水口浸入深度和结晶器宽度对结晶器液面波动的影响,以断面为90 mm×1 500 mm和90 mm×1 270 mm的结晶器为原型,建立1[∶]1的物理模型,通过DJ800水工数据采集系统对结晶器液面波动情况进行检测。研究结果表明：最大波高差出现在2号传感器位置,在浸入深度一定下,结晶器液面波动随着拉速的逐渐增大而增大;当拉速一定时,液面波动随着水口浸入深度从240 mm增加到340 mm而减小;在拉速和浸入深度相同时,小断面结晶器的液面波动情况总体小于大断面结晶器的液面波动。     

吹氩板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为的数值模拟

利用VOF方法和Lagrange两相流模型描述了吹氩结晶器内钢/渣界面行为,并用水模型实验检验了数值模拟结果.在此基础上考察了吹氩量、拉速、结晶器宽度、水口浸入深度及气泡尺寸对钢/渣界面卷混的影响规律.结果表明:拉速为1.8 m/min时,增大吹氩量,结晶器的上回流区逐渐消失,气泡对界面的扰动则不断加剧;吹氩量一定时,拉速由1.2 m/min增至2.2 m/min的过程中,气泡的冲击深度增加,氩气泡对钢液流型和界面形状的影响减弱;增加水口浸入深度对抑制吹氩下界面波动作用明显,而结晶器宽度对此影响较小;气泡尺寸显著影响钢/渣界面行为.     

吹氩条件下结晶器钢渣液面波动行为

为深入揭示不同工艺条件下结晶器钢渣界面行为,采用Fluent流体力学软件对某钢厂断面为1 000 mm×230 mm的结晶器进行数值模拟。分析不同拉速(0.9~1.5 m/min)、水口倾角(12°~15°)和氩气流量(0~6 L/min)对结晶器钢渣界面波动的影响。结果表明,吹氩量为4 L/min时,拉速的增加会减小氩气泡上浮对结晶器水口附近钢渣界面的扰动,但靠近结晶器窄面处波高会随着拉速增大而加剧;氩气流量的增加使水口周围钢渣界面波动加剧,窄面附近波动由于氩气泡上浮对钢液湍动能的消耗增加而变得平稳;水口倾角对钢渣界面影响较大,倾角较小时,氩气泡上浮距离变短,水口周围和窄面附近波高和速度都比较大。     

吹氩板坯连铸结晶器内双循环流的形成条件

利用Lagrange两相流模型定量研究了吹氩板坯结晶器内双循环流形成条件,并用水模型检验了数值模拟结果.在此基础上考察了吹氩量、钢流量,结晶器宽度、水口浸入深度以及下倾角度对双循环流形成的影响规律.结果表明:选择与其它工艺参数匹配的吹氩量是保证双循环流型的重要条件,且维持此流型的临界吹氩量随钢流量的增加而增加.当钢液质量流量较大(qm＞2.5 t/min)时,减小结晶器宽度和增加水口浸入深度均有助于扩大临界吹氩量范围,而水口下倾角度对其影响较小;当钢液质量流量较小(qm≤2.5 t/min)时,以上工艺参数的影响均不明显.     

静磁场对吹氩结晶器内弯月面行为的影响

用Pb-Sn-Bi液态合金模拟了吹氩和施加静磁场时结晶器内弯月面处的流动现象,观察磁场对吹氩引起的弯月面失稳的抑制作用.结果表明,施加磁场改变了Ar气泡通过弯月面的漂浮分布规律,加强了气泡在水口和窄面之间的漂浮,使Ar气泡在结晶器宽度方向上漂浮分布更均匀,减小了水口附近由于大量气泡上浮对液面的扰动.施加0.5 T磁场能对水口出流以及吹氩所产生的液面波动产生抑制作用.由相似准则推得,应用在实际连铸机上抑制吹氩板坯连铸结晶器内液面波动的合适磁场强度为0.36 T.     

吹氩板坯连铸结晶器内单双循环流的判别条件

使用Lagrange流体模型和水模实验对吹氩板坯连铸结晶器内单双循环流的形成条件进行了定量研究。提出一个包括气体和液体流量、气体和液体密度、板坯尺寸和水口出口角度参数在内的无量纲数,用该数和气液体积比的函数关系作为单双循环流的判别条件,在临界曲线值以上区域为单循环流,以下为双循环流。     

热轧卷表面缺陷影响因素研究

通过对成品钢水N含量、是否采用倒角结晶器、连铸拉速以及吹氩量等参数与热轧卷表面卷渣、气泡及翘皮等表面缺陷的数据统计规律的研究,得出如下结论：当成品钢水N质量分数大于4×10－5时,卷渣、翘皮及气泡发生率呈明显增加趋势;采用倒角结晶器后,前述缺陷的发生率为0.95%,低于未采用倒角结晶器时的1.39%;随吹氩量增加,前述缺陷发生率呈先增加后降低规律,当吹氩量在6.1～7.0 L/min范围时,缺陷发生率达最高值1.65%,在吹氩量大于9 L/min时,缺陷发生率迅速降至0.5%以下;随连铸拉速增加,卷渣、翘皮及气泡发生率总体呈增加趋势,拉速在1.0～1.1 m/min范围时,缺陷发生率最低,仅为0.62%,其次是拉速在1.25～1.3 m/min范围时,发生率为1.08%,拉速大于1.35 m/min时,发生率明显增加。     

150 t钢包底吹氩气物理模拟

为评估国内某钢厂150 t钢包底吹氩工艺中供气流量、比例和底吹元件类型对精炼工艺的影响,建立了1:4物理模拟模型,研究了总供气量、供气方式和底吹元件类型对混匀时间的影响。结果表明,随总供气量的增加,使用两种类型底吹元件的钢包混匀时间下降,在小气量下使用弥散型底吹元件混匀时间小于狭缝型,较大气量下两者相反,且使用狭缝型底吹元件混匀时间受供气方式影响更大。试验条件下离钢包中心较远的底吹位置使用较大的底吹流量有利于混匀。