连铸中间包结构优化及夹杂物去除的水模拟研究

以25t中间包为原型,通过实验相似比λ=1:2.3的水模型,分析了4流近似T型中间包3种挡墙形式包内流场及夹杂物去除。结果表明,原挡墙控流下的中间包同一侧两流之间的流体流动特性差异很大,与内侧相比,外侧流的最短停留时间和峰值时间长、死区体积大,造成中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效地上浮去除;U-型挡墙能延长峰值时间,但是最短停留时间短,死区比例较大;采用Y-型挡墙可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮。30CrMo钢工业试验表明,采用Y-型挡墙钢中大型夹杂物较原用挡墙降低16.9%。     

四流圆坯中间包的结构优化研究

为净化钢液,提高夹杂物在中间包内的上浮率,通过水模型实验,对4流中间包不同挡墙形式下包内流场及夹杂物去除情况进行了模拟研究.结果表明:现用挡墙控流下的中间包同一侧两流之间的流体流动特性存在很大差异,与内侧相比,外侧流的最短停留时间、峰值时间长、死区体积大,造成中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效地上浮去除.改进后的挡墙能很好地解决各流间的同步性,死区比例比原型降低6.65 %,对夹杂物的去除效果增强.工业试验表明,改进后的挡墙在降低总氧和夹杂物方面均优于原挡墙.     

板坯连铸中间包结构的优化

对鞍钢三炼钢板坯连铸中间包结构进行了优化研究,发现原中间包结构造成钢水在中间包的最小停留时间短和活塞流体积小,死区体积大,不利于钢水中的非金属夹杂物上浮.采用合理结构的挡墙和湍流控制装置能够明显改善中间包内流体的流动特性,可以使钢包长水口注流区上方的液面流动平稳,促进钢水中的非金属夹杂物上浮,提高铸坯质量.     

沙钢板坯连铸机中间包内型结构优化及在生产中的应用

通过中间包水模试验,对沙钢(江苏省沙钢集团有限公司)板坯连铸中间包内型及湍流控制器的结构进行优化.查清了沙钢板坯连铸中间包流场存在的问题,确定出最佳中间包内型和湍流控制器结构,采用中间包内型优化结构水模试验时,响应时间、平均停留时间明显增加,死区体积分数减小,混合流体积分数增加,这有利于原型钢水中夹杂物上浮分离.经生产检验,采用中间包内型优化方案(优化挡墙 湍流控制器),提高铸坯内在质量效果显著,为生产优质钢创造有利条件.     

中间包内部结构对铸坯洁净度的影响

通过1:2.5中间包水模型试验对4流25 t两种控制装置中间包内流场进行了研究,并通过工业生产试验了原中间包和改变挡墙侧导流孔孔径、倾角,并增加湍流控制的改进型中间包对325mm×280 mm GCr15钢铸坯洁净度的影响。结果表明,改进型中间包能增加钢液在中间包内的停留时间,减小中间包的死区比例,提高夹杂物的去除率。与原中间包相比,从改进型中间包到铸坯过程钢中总氧去除率提高,大型夹杂物含量降低44.9%。     

小方坯五流对称中间包流场优化与应用

针对铸坯中非金属夹杂物超标的问题,以某钢厂五流对称150 mm×150 mm方坯连铸中间包为研究原型,采用数值模拟的方法研究不同控流装置对中间包内流场的影响,并得到最优的挡墙结构。结果表明,原型中间包存在停留时间短,死区比例大,持续流动的钢液对中间包包壁冲刷侵蚀的问题;采用优化后的U型挡墙后,停留时间延长了257.11s,死区比例减小27.31%,且各水口均匀性明显改善。现场试验发现:中间包优化后T[O]含量降低45.81%,大颗粒夹杂物含量明显降低。     

连铸中间包内夹杂物去除的水模拟试验与工业实践

通过中间包水模型试验和工业试验,研究了U型挡墙中间包和Y型挡墙中间包对夹杂物去除的影响。结果表明：Y型挡墙中间包能提高夹杂物的去除率。与U型挡墙中间包相比,从中间包到铸坯过程钢中平均总氧去除率显著提高,铸坯中大型夹杂物含量显著减少,而显微夹杂数目变化不大;同时Y型挡墙中间包内各流夹杂物分布较均匀。使用U型挡墙中间包时,中间包到铸坯过程吸氮较少。     

大管坯连铸中间包钢液内夹杂物去除的研究

通过中间包水模型试验和工业试验研究了U型挡墙中间包和Y型挡墙中间包对夹杂物去除的影响.结果表明:Y型挡墙中间包能提高夹杂物的去除率.与U型挡墙中间包相比,从中间包到铸坯,钢中平均总氧去除率显著提高,铸坯中大于50μm的夹杂物显著减少,而显微夹杂数目变化不大;同时Y型挡墙中间包内各流夹杂物分布较均匀.使用U型挡墙中间包时,中间包到铸坯过程吸氮较少.     

不同挡墙挡坝组合对两流中间包内流场的影响

在相似理论的基础上,通过水力学模拟对两流板坯连铸中间包3种不同挡墙挡坝组合形式下包内流场进行研究.试验结果表明:方案1(挡墙-挡坝-端挡坝方案)挡墙与挡坝间距不合理,端挡坝未起到控流作用致使中间包内流体平均停留时间、峰值时间短,死区比例较大(27.9%);方案2(挡坝-挡墙-端挡坝方案)显著改善了中间包内流场状况,全混流区及活塞流区比例增加,死区减小为21%;方案3(双墙双坝方案)由于增加一组挡墙延长了流体流动的路径,流体在中间包内的停留时间明显增加,死区比例最小(16.7%),同时微观电导率波动值也最小(0.025 ms/cm),为3种方案之最优.     

水平连铸中间包内钢水流动的水模型研究

依据实际Φ120 mm圆坯水平连铸过程中15 t中间包原型,采用模型与原型之间1:1.5的相似比建立了水模拟系统,对原型中间包内钢液的流场进行了评估,并研究了中间包控流装置对中间包内钢液流动特性影响。结果表明,使用湍流控制器能显著降低中间包中死区比例,但对最小停留时间延长有限;使用导流槽和低坝显著延长钢水在中间包内停留时间,促进夹杂物上浮。     

八流连铸中间包控流装置优化的水力学模拟

通过几何相似比1:3.5的水模型实验对40 t八流中间包不同控流装置下的流场进行了模拟研究。结果表明,原中间包平均滞止时间短,一侧4个水口的停留时间相差较大;优化的双导流孔挡墙可使中间包死区体积分数比原型减少19.15%,优化的C12W1矩形挡墙可使中间包死区体积分数比原型减少31.49%;中间包一侧4个水口的滞止时间差值减少;设置湍流抑制器虽然增加钢液的滞止时间和峰值时间,但不能有效地降低死区体积分数。     

多流式连铸过渡包的结构优化

摘要：过渡包在薄带连铸过程中起到承上启下的作用,为了使结晶器入口钢液成分与温度更加均一,研究钢液在过渡包内的流动以及其出口钢液温度的分布对薄带连铸过程有着重要的意义。针对某钢厂多流式过渡包,提出在包内增加坝堰组合以优化钢液在包内的流态以及温度分布。采用数值模拟和物理模拟的方法,研究了过渡包内不同控流装置下钢液的流态和温度分布,同时通过各流出口的平均停留时间和温度值差来考察钢液分布的均匀性。研究发现增加坝堰组合后,过渡包内流态与温度分布更加均一且稳定,过渡包内设置坝高30mm,堰高30mm,坝堰间距120mm,堰距入口中心距离253mm为最优方案,其平均停留时间方差较原模型减少82%,各出口温度极差较原模型减少67%。数值模拟结果同物理模拟结果较一致。     

板坯连铸38 t扩容中间包控流装置优化的数值模拟和应用

通过数值模拟,对钢厂250 mm×2 000 mm板坯连铸原29 t扩容至38 t中间包进行控流装置优化。研究了挡墙、挡坝的个数和位置对中间包内钢液流场及停留时间分布(RTD)曲线的影响,综合考虑了中间包冶金效果及生产成本,为现场提出了稳流器+挡墙+挡坝控流装置的最优设计方案,该方案使中间包活塞区比例达到77.1%,死区比例降至4.2%。现场采用该结构后非稳态浇铸期间生产的管线钢非金属夹杂物合格率由88%提高到95%,明显提高了中间包的冶金功能。     

Fluid flow behaviour in slab continuous casting tundish with different configurations of gas bubbling curtain

Abstract

Fluid flow characteristics in a two strand slab continuous casting tundish with different configurations of argon gas bubbling curtain (GBC) were investigated in physical modelling experiments. It was found from this research that the GBC with a small flow rate acted as a gas dam and could greatly improve the flow characteristics in the tundish. It increased dramatically the peak concentration time and plug flow volume, decreased greatly the dead volume, created surface directed flow and eliminated short circuiting. Therefore, the fluid flow characteristics in a tundish with GBC were favourable to the floatation and separation of inclusions from molten steel. The flow characteristics with low gas flow rate and short distance of the bubbling curtain from the tundish outlet were better than those with high gas flow rate and large distance of the curtain to the outlet. The optimal configuration for the improvement in fluid flow characteristics was turbulence inhibitor (TI)–weir–dam–GBC (TI–W–D–GBC), followed by TI–channel weir (CW)–GBC, TI–W–GBC and TI–GBC.     

Water Modelling Experiments of Argon Bubbling Curtain in a Slab Continuous Casting Tundish

Fluid flow characteristics in a two‐strand slab tundish with Ar bubbling curtain were studied in water modelling experiments. It was found that the Ar bubbling curtain can greatly improve the flow characteristics in the tundish with a weir, a dam and a turbulence inhibitor. It dramatically increased the peak concentration time and plug volume and greatly decreased the dead volume, but hardly influenced the minimum residence time. Therefore, the fluid flow characteristics in a tundish with Ar bubbling curtain were favourable to the flotation and separation of inclusions from molten steel. The flow characteristics with low gas flow rate and short distance of the Ar bubbling curtain from the tundish outlet were better than those with high gas flow rate and large distance of the curtain from the outlet.     

中间包控流装置优化的数值模拟及生产应用

以钢液停留时间分布曲线(RTD曲线)为评判标准,利用数学模拟方法,对某钢厂中间包控流装置进行优化设计。结果表明:将原型中间包的挡墙和挡坝间距增大,可以延长钢液平均停留时间,活塞区比例提高了17.15%,死区比例降低了2.2%。目前优化后的包型在现场稳定应用,以管线钢为例,夹杂物合格率提高了5%以上,明显提高了中间包的冶金功能。铸坯大样电解结果表明,优化后的中间包利于夹杂物的上浮去除,夹杂物总量平均为原包型的41.75%。     

气幕挡墙中间包仿真优化及其冶金效果

根据水钢炼钢厂150 mm×150 mm六流连铸32 t中间包的结构操作工艺参数,采用数模仿真法研究了气幕挡墙技术对中间包内钢液流动特性及夹杂物去除的影响,并对HPB235和65钢进行了工业试验。结果表明,气幕挡墙可以有效改善钢液的流动状态,均衡各出口停留时间,有效延长钢液的平均停留时间,降低死区体积,提高夹杂物去除率。该技术适应多流中间包纯净钢冶炼的需求。     

板坯连铸中间包水模型研究

通过水模型实验,对唐钢不锈钢厂2号连铸机中间包结构进行了优化设计。研究了180～200 mm板坯拉速为1.02～1.55 m/min时中间包挡墙、坝和湍流控制等对中间包流场的影响,从而确定中间包的最佳结构及几何参数。优化后中间包在流量为4.5 m³/h时,中间包钢水最短停留时间由原先的52 s提高到106 s,平均停留时间由405 s增加到572 s,死区体积由6.21%下降至3.51%。     

Numerical Investigation of the Fluid Flow in Continuous Casting Tundish Using Analysis of RTD Curves

 A detailed mathematical procedure of the optimization of the fluid flow in a tundish water model with and without flow control devices (weir and dam) was carried out using the commercial CFD code FLUENT 60. The (k ε) two equation model was used to model turbulence. The residence time distribution (RTD) curves were used to analyze the behavior of the flow in tundish. The location of flow control devices in the tundish was studied. The results show that the flow modifiers play an important role in promoting the floatation of nonmetallic inclusions in steel. Comparing the three geometric configurations that are considered (bare tundish, weir, weir+dam), the tundish equipped with the arrangement (weir+dam) is a best and optimal geometric configuration of tundish.