双流板坯中间包流场优化的物理模拟研究

以国内某厂所用双流中间包为研究对象,采用物理模拟的手段对不同控流装置下中间包内的流场进行模拟研究,水模型实验采取1:3的比例进行。实验结果表明:双流浇注时原型中间包死区比例为30. 9%、滞止时间为25. 8s、平均停留时间为358. 3s,单流浇注时原型中间包死区比例为38. 6%、滞止时间为19. 7s、平均停留时间为354. 6s,钢液流动性差;双流浇注时,增加挡坝结构可以明显地减少死区比例,延长滞止时间,死区比例降低为20. 8%、平均停留时间增加为410. 6s;单流浇注时,内弯型和外弯型弯曲水口加挡坝的组合将死区比例分别减少至20. 1%和23. 1%,平均停留时间延长至442. 5s和425. 6s,采用挡墙将未开浇一侧隔开,组合挡坝结构,也能明显减少死区比例,其中效果最好时,死区比例降低为25. 1%。     

三流大方坯中间包控流装置优化的水模拟研究

针对中间包夹杂物超标的问题,采用1∶2的水力学模型,对三流320 mm×480 mm大方坯中间包流场进行物理模拟,研究控流装置对钢液流动特性的影响,优化中间包流场.模拟结果表明:原型中间包存在着滞止时间短、死区比例大、持续流动的液体对中间包前壁不断的冲刷侵蚀的问题.采用方案3的挡墙与挡坝,滞止时间增加了18.05 s,且两个水口的滞止时间标准差仅为0.18,死区比例降幅为30.51％,很好地改善了液体的流动特性.     

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。     

三流非对称中间包流场优化

以浙江青山钢铁有限公司中间包为研究对象,中间包为三流非对称,生产200 mm×200 mm小方坯,拉速为0.95~1.50 m/min。水模型试验采取3∶5比例进行试验,并且以数学模拟辅助观察,观察挡墙及导流孔参数对钢水流场和各流均衡性的引起的变化,找出最优设计方案。试验结果表明:原方案中间包右侧、中部和左侧水口的滞止时间分别40,17,17 s,均值为24.7 s且标准差为13,实际平均停留时间分别为636.9,519.4,459.4 s,均值为490.8 s且标准差为90.28,死区比例为23.9%,钢液流动一致性差;采用优化后的U型挡墙后,各水口滞止时间分别为33.8,31.2,29.7 s,平均值为增加到31.6 s,标准差降低为2.11,实际停留时间分别为502.1,532.7,517.1 s,平均值增加到517.3 s,标准差降低为15.3,各流在流动一致性方面有很大改善,死区比例降为19.8%。     

35 t三流不对称中间包流场的物理数学模拟和应用

以钢厂三流不对称GCr15钢320 mm×480 mm方坯连铸35 t中间包为研究原型,采用1:3水模型试验和数值模拟相结合的方法研究不同控流装置对中间包内流场的影响,优化中间包内流场,并得到最优的导流墙结构。结果表明,原型中间包各水口滞止时间很小,死区比例达到39.68%;增加优化后的Y型导流墙后,滞止时间增大了29.51 s,死区比例减小了15.54%,且各水口一致性较好。通过GCr15轴承钢现场试验发现,中间包优化后钢水T[O]由优化前的19.3×10^-6~26.3×10^-6平均值22.7×10^-6降低至9.5×10^-6~17.2×10^-6,平均12.3×10^-6;铸坯中夹杂物由12.0~15.3个/mm²降低到6.8~8.4个/mm²,>1.25μm夹杂物明显降低。     

七机七流中间包流场模型的优化试验

根据中间包原型按照1∶2的比例制作中间包模型,利用们"刺激—响应"试验技术,以饱和KCl溶液为示综剂,将信号绘成RTD曲线。结合正交分析法对各影响因素进行分析,根据修正混合理论模型,得到中间包内死区体积比例,示综剂滞止时间等参数。结果表明,优化后无论塞棒工况还是定径水口工况,死区比例都远小于稳流器与挡坝配合控流情况,最优控流方案为:新挡渣墙100 mm导流孔、左右偏角24°、上扬30 mm+2~#中部挡渣墙导流孔设计+6-7流前挡坝、高度250 mm。     

中间包控流装置的物理模拟研究

根据相似原理,建立1∶3的物理模拟模型,通过正交试验考察了挡渣堰、导流坝组合控流装置对中间包流场的影响。研究结果表明,堰坝间距是影响流场的主要因素,优化控流组合方案为:挡渣堰距注入流中心线距离1 200 mm,挡渣堰下沿距包底距离500 mm,导流坝高度360 mm,堰坝间距300 mm.优化后中间包流场趋于合理,钢液在中间包内的停留时间延长,活塞流体积增大,死区体积减小.     

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。     

邯钢32t 8流连铸中间包流场的优化研究

利用几何相似比1:3.5建立的水模型和采用正交试验研究了32 t 8流中间包挡墙导流孔位置、孔径、倾角及仰角、挡坝及湍流控制器等因素对平均停留时间、死区比例的影响。实验结果表明,梯形挡墙方案和V型挡墙结构优化方案对滞止时间一致性的都比空中间包和原型挡墙的效果好;V形挡墙的平均停留时间和死区比例优于梯形挡墙;采用挡墙上3个导流孔的高度为500、300、400 mm,孔径80 mm,倾角60°、65°、80°,仰角0°的梯形挡墙方案的综合优化效果较好。脱硫铁水-100 t顶底复吹转炉-LF-CC工业生产试验结果表明采用最佳的V形挡墙方案,铸坯中平均全氧含量由原型中间包的55.6×10~(-6)降至50.5×10~(-6)。     

四流中间包控流装置优化物理模拟

通过中间包物理模拟的试验方法对某钢厂四流中间包进行控流装置优化,优化试验分为挡墙类型优化和挡墙结构优化。结果表明,原型方案流体流动状态很差,导流孔孔径过大易导致短路流现象的发生,死区比例也高达34.16%。优化后的最优方案中Y3死区比例降幅高达33.14%,流体平均停留时间由原型的761.2延长至900.7 s,滞止时间则由32.2延长至76.7 s,优化效果显著,说明最优方案可以显著地提高中间包体积利用率,并改善钢液的流动状态,有利于冶金质量的提高。     

非对称控流结构中间包流场一致性的物理模拟

国内某钢厂使用的两流板坯连铸中间包因受固定位置排渣口的限制,包内控流装置采用左右不对称布置。生产实践发现,排渣口侧的水口对应铸坯大型夹杂物含量高、热轧卷探伤合格率低,疑与中间包流场的一致性有关。为此,采用1∶3.5的水模型对中间包流场进行了模拟研究,并基于流体动力学原理对其控流效果进行了优化。结果表明,原型中间包两个水口的滞止时间差高达36 s,钢液在排渣口侧的1号水口形成短路流,因而导致两流铸坯洁净度的差异。经水模优化后,方案F1下两流平均停留时间标准差和滞止时间标准差分别可降到0.12和0.35 s,明显改善了中间包内两流浇铸流动特性的一致性,且死区比例较原型降低8.87%、平均停留时间延长了30 s。     

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%。     

基于水力学模拟试验的3流连铸20 t中间包结构优化研究

采用几何相似比1:2.5的水模型试验研究了带有一字型挡墙,矩形导流孔,水平无倾角的原型中间包以及V形挡墙,倾角0°~40°Φ80~Φ120mm圆形导流孔,并加抑制器的改进结构的流场,得出V字型挡墙+30°倾角和直径Φ80 mm导流孔+深盘带唇缘型湍流抑制器的改进中间包结构最优,可延长钢液在中间包内的停留时间,死区体积从原中间包的48.16%~63.06%降至10.3%~10.9%,有利于夹杂物的快速上浮。     

板坯连铸中间包挡坝结构优化的数学与物理模拟

通过几何相似比0.4的中间包水模型和Fluent数学模型对钢厂60 t二流板坯中间包不同结构挡坝下的钢液流动形态进行了分析。结果表明,中间包使用原结构-200 mm高无孔挡坝时钢液贴底流严重,且挡坝较低,对钢液提升作用不明显,不利于夹杂物上浮去除,浇注区形成较大死区。挡坝开向上15°两圆孔且高度增加至270 mm后,中间包内钢液滞止时间提高12.5%,死区减少36%,钢液在浇注区向钢液面流动,浇注区的死区和钢液温度分层现象基本消失。     

80 t两流板坯连铸中间包挡墙结构优化研究

根据国内某钢厂两流板坯连铸80 t中间包现场工艺及结构,在分析了其控流装置下的中包流场的基础上,研究了双层湍流抑制器下,挡墙位置和高度对中间包内流体流动特性的影响.结果表明:双层湍流抑制器下,挡坝距长水口2 000 mm,高400 mm时中包流场最合理,且抑湍器和坝组合控流装置结构简单,避免了钢水对堰等其他中包控流装置冲刷而污染钢水影响铸坯洁净度.对比优化前后的包内流体流动特性,平均停留时间由292 s提高到380 s,死区比例由37.3％降低至18.5％,活塞区与死区比值由0.35增大至0.65,有利于钢液温度和成分的均匀,增大了夹杂物上浮去除的几率,有助于提高铸坯洁净度.     

基于中间包冲击区的流场优化

针对某厂中间包原型在实际生产过程中生产平稳性以及产品洁净化等方面的问题，结合数值模拟和物理模拟的方法，对中间包进行了结构优化。对单因素变量(冲击区体积以及导流孔孔径、倾角)进行分类单因素优化，并以出口温差和死区比例的一致性变化规律作为进一步复合优化指导，确定了较优的中间包结构参数。结果表明，复合因素的优化效果大于单因素，并且中间包冲击区的体积大小对流体的流动状态影响最大，导流孔孔径次之，倾角最小。确定了1号挡墙移动450 mm、导流孔孔径选择100 mm、导流孔K-1和K-2倾角选择20°以及导流孔K-3移动50 mm、倾角选择10°的较优方案。该方案的死区比例为16.27%,相较于原型降低了29.03%,远流端和近流端的出口最大温差由原型1.6 K降至0.6 K,进一步提高了中间包流场的均匀性。这为该厂实际中间包优化提供了理论依据，也可为同类中间包优化提供思路和结构参数的参考。     

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。     

宣钢十二流中间包流场水模实验研究

依据相似原理进行了钢水中间包流场水力模型实验。采用"刺激-响应"实验方法,测定了不同结构中间包的RTD曲线,计算出了中间包各流钢水的滞止时间、峰值时间、平均停留时间和死区体积等数值,并据此分析和优化了中间包的内部结构。通过增加冲击区的体积,同时在两侧开2个导流口,改善了十二流T-型中间包流场,提高了其冶金功能效果。