邯钢板坯连铸机结晶器流场优化研究

以邯钢第三炼钢厂2号板坯连铸结晶器为原型,通过水模拟实验,研究了浸入式水口底部形状、出口倾角、出口面积,以及水口插入深度等对结晶器流场的影响,确定了适宜的水口结构参数。现场生产实践表明,采用优化后的浸入式水口,能有效地改善结晶器流场,减少漏钢事故。     

板坯连铸结晶器内钢液流场的水模拟研究

以某钢厂生产断面为165 mm×565 mm板坯连铸结晶器和水口为原型,采用1∶1的物理模拟,制作结晶器和浸入式水口模型。对结晶器流场进行水模拟试验。通过改变不同参数,研究不同因素对结晶器流场的影响,以便得到更适合现场生产的工艺参数。实验结果表明,生产断面为165 mm×565 mm板坯连铸结晶器浸入式水口倾角20°,拉速的调节范围在1.0~1.1 m/min,结晶器水口浸入深度在130~140 mm范围。更加有利于结晶器的顺利运行,提高钢坯质量。     

大方坯连铸结晶器水口优化模拟探究

为了研究不同浸入式水口类型对结晶器内流场流动的影响,以结晶器水口优化为出发点,利用物理模拟和数值模拟两种手段对断面280 mm×380 mm大方坯结晶器不同水口开展优化研究。本研究首先构建了一个1∶1结晶器水模拟试验装置,实现不同浸入式水口下的连铸流动模拟,利用PIV测量了不同水口下的结晶器截面流场,然后利用Fluent软件进一步研究了浸入式水口开孔角度、开孔数目、安装角度等参数变化对结晶器内流场以及液面波动的影响。物理模拟和数值模拟研究表明,开孔角度向上时,波动范围大于5 mm;开孔角度水平时,对窄面冲击速度过大,达到0.35 m/s;较双孔水口,四孔水口液面速度为0.22 m/s,小于卷渣临界速度值;水口安装角度改为对角线时,强化了内流场角部流动,整个流场流动更加稳定。     

板坯浸入式水口的优化

以某厂铸机断面为250mm×1 600mm的结晶器为研究对象,用物理模拟与数值模拟的方法进行研究,优化水口结构与工艺参数,以改善结晶器内钢液的流场分布。试验结果表明:优化的浸入式水口的结构参数为底部形状凹底、出口形状跑道形、出口倾角-10°、出口面积比2.233,结合现场生产实际建议浸入深度140mm、拉坯速度1.1m/min。     

吹气情况下异型坯结晶器水口结构的物理模拟

为改善某钢厂异型坯结晶器的流场,以此钢厂异型坯连铸结晶器为原型进行物理模拟研究,并优化其水口结构。试验主要以不同吹气情况下的流场显示、波高测量、电导率测量来研究不同水口结构对结晶器流场的影响以及不同水口结构下结晶器流场的变化规律。结果表明,底孔直径为17mm、吹气量为3L/min的试验条件下结晶器液面波动情况更佳,结晶器内有更好的粒子和墨水流场,这在实际生产中有利于结晶器内温度和成分的均匀,有利于形成良好凝固坯壳,且浇铸过程中不容易产生卷渣。     

宽断面板坯结晶器内钢水流动、传热和凝固过程的数值模拟

建立了求解宽断面板坯结晶器内的钢液流动、传热和凝固数学模型,研究了不同浸入式水口结构、铸坯宽度、铸坯厚度和拉速等工况条件下,宽断面板坯结晶器内的流动、传热和凝固行为。结果表明：随着铸坯的宽度从1 800 mm增加2 200 mm时,从浸入式水口侧孔出来的射流在结晶器下部的影响范围更广;宽断面结晶器中的浸入式水口结构对不同铸坯断面和拉速下的流动和凝固行为产生较大的影响;在生产中需根据宽断面结晶器的流动及传热特点进行水口结构及工艺参数的优化。     

薄板坯高拉速浸入式水口研究与优化

为了满足薄板坯连铸工艺高拉速对结晶器流场和温度场的要求,对浸入式水口的结构进行了研究。通过数值模拟研究,对薄板坯连铸浸入式水口进行了优化,优化后的新型浸入式水口可以获得高拉速状况下稳定的结晶器流场和温度场。同时对新型浸入式水口进行了水模分析,验证了数值模拟结果的有效性。现场试验新型浸入式水口,发现结晶器液面平稳、热相图稳定,板卷质量良好,铸机拉速较原水口提高22%。     

宽厚板坯连铸结晶器内的钢液流场的数值模拟

基于流体力学的基本理论,针对连铸结晶器的结构和工艺参数,利用商业软件fluent的k-ε湍流模型,实现了对结晶器内钢液流场的三维数学模拟。重点分析了浸入式水口的插入深度、水口侧孔倾角以及拉速等工艺参数对结晶器钢液流场的影响。结果表明：对于断面为2300mm×250mm的板坯结晶器,水口插入深度为150mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1.2m/min时,结晶器内的流场较好。数值模拟结果可为宽厚板坯连铸结晶器确定合理工艺参数提供理论依据。     

大板坯连铸结晶器内熔体流动的DPIV物理模拟

采用DPIV技术(粒子图像测速技术)对大板坯连铸结晶器内熔体的流动进行了物理模拟。通过测试分析结晶器内流场,描述了结晶器内熔体流动的基本特征,研究了浸入式水口结构、浸入深度、拉坯速度对结晶器流场的影响。TECPLOT作为后处理软件进行速度向量、流线和各种等值云图的计算与分析,从而揭示金属液流动的规律,以便有目的地控制流动和水口工艺,改善连铸坯的组织性能。结果发现,0°水口与15°水口相比,流体在结晶器上部向上流动的趋势更加强烈,而冲击深度变浅;随着水口浸入深度的增加,液面流速降低,液面附近向上运动的回流范围变得越来越大,向下回流的涡心位置下移。试验表明:液面高度要控制在100～150mm;拉坯速度增加时,结晶器内的流速随之增大,自由表面变得更加不稳定,同时液流对窄面的冲击能量增强。     

多断面矩形坯钢液表面流速水模型研究

以某钢厂矩形坯连铸结晶器为原型,建立相似比为1︰1的水力学模型,研究拉速及浸入式水口的出口面积比、水口倾角、水口浸入深度等工艺参数对不同断面矩形坯结晶器内表面流速的影响。结果表明:应当综合分析水口结构参数以及工艺参数对结晶器内表面流速的影响,另外矩形坯断面尺寸也会对表面流速有一定影响。     

减少唐钢中薄板坯连铸机黏结实践

分析了唐钢中薄板坯连铸机黏结的原因,结果表明黏结主要由保护渣在坯壳与结晶器铜板间流入不均造成,通过选择合理的水口结构和板间氩气流量,保证结晶器液位稳定,控制中间包车对中偏差3 mm以内,结晶器振幅3.0~3.5 mm,应用漏钢预报系统,优化加渣操作和换水口操作等措施,最终使唐钢中薄板坯连铸机月平均黏结次数由10次降至2次。     

EFFECT OF SEN DESIGN ON SURFACE FLUCTUATION AND SOLIDIFYING SHELL IN SLAB MOLD AND ITS OPTIMIZATION

Turbulent flow and heat transfer coupled with solidification in slab continuous casting mold was studied by numerical simulation method. Volume of fluid （VOF） model is used to solve steel-air two-phase flow problem and enthalpy-porosity scheme is introduced to solve the fluid flow problem involving solidification. Contributions of various nozzle port angles and port widths and heights on the free surface fluctuation and the thickness of solidifying shell in slab mold were particularly investigated, based on which the structure of submerged entry nozzle was optimized. Flow inside the common nozzle port cannot fill the entire outlet area, having a recirculation in the upper portion of the port, which is enlarged for the nozzle port with both larger height and width. Results show that the flow in mold cavity is mainly controlled by the nozzle port angle. The increase of the angle of upper face of the port to shape a roughly streamlined inner-wall improves the effective area fraction of the nozzle, resulting in less jet impingement, weaker free surface turbulence and thicker solidifying steel shell.     

板坯高拉速表面纵裂纹产生原因及解决措施

凌钢板坯连铸生产的钢种多为碳的质量分数0.08%～0.16%包晶钢,由于高拉速使弯月面热流增加,产生严重的表面裂纹。除优化连铸工艺、设备参数外,通过浸入式水口结构优化设计,并配合优良性能的保护渣,使结晶器流场均匀、温度场均匀、坯壳凝固均匀,使铸坯表面缺陷得到消除。     

近终型异型坯连铸用扁平浸入式水口的设计开发

针对莱钢异型坯连铸机实现全保护浇注的要求,开发了一种超扁平形状的浸入式水口。该水口工作端采用了双侧孔结构,并结合不同浇注断面和拉速进行了导流方式优化,主要依据来自于结晶器内钢水流动、自由液面波动以及传热凝固等综合冶金行为的数值预报结果。热态生产试验指出,采用单支扁平形状浸入式水口实现异型坯连铸全保护浇注是可行的,所设计浸入式水口具有显著稳定结晶器熔池液面和促进保护渣熔化的作用,使用寿命初步达到要求,铸坯内外质量得到明显改善。     

韶钢宽板坯连铸机浸入式水口优化与改进

通过分析韶钢宽板坯连铸机浸入式水口在生产过程中出现的各种问题,改进浸入式水口的材质、尺寸结构,优化结晶器内钢水的流动状态和温度分布,规范水口烘烤,不仅提高水口使用寿命,减少了生产事故,还提高铸坯质量,取得了显著的效果。     

济钢300 mm厚板坯连铸机的工艺优化

济钢5号连铸机生产300 mm厚度铸坯时出现许多质量问题。出现的铸坯缺陷有外弧角横裂、表面纵裂纹、中间裂纹。现场实践表明,外弧角横裂产生的主要原因是铸坯在弯曲之前冷却过强。通过喷嘴改造、调整冷却强度消除了外弧角横裂。通过优化浸入式水口尺寸和调整保护渣性能基本消除了表面纵裂纹。通过优化轻压下工艺和消除机械间隙消除了中间裂纹。工艺优化后取得了良好的表面质量和内部质量。     

连铸宽厚板坯裂纹控制关键技术的开发

重钢在炼钢新流程运行中,对影响宽厚板坯表面和内部裂纹控制的关键技术进行深度开发和优化,并取得良好效果：通过优化水口流场、稳定液位高度、控制设备精度、优化二冷强度和分布、使用高碱度的结晶器保护渣、保证钢包长水口保护浇注等,减少夹杂物对保护渣性能的影响,以控制板坯表面裂纹;通过强化基础工作,做好线外备件的组装精度、搞好扇形段安装精度控制、确保二冷的均匀和强度足够,动态轻压下和动态配水技术的应用,使用板坯低倍预测内部裂纹技术和扇形段受力监控技术以确保内部裂纹的受控。     

快换水口过程板坯质量的改进措施

快换水口操作对铸坯质量影响很大,对迁钢不同快换水口操作对铸坯质量缺陷个数影响进行了研究,通过控制快换水口时的中包钢水过热度、关棒时间、结晶器液面高度和手动控流时间等措施,制定出更换浸入式水口的标准化操作,对提高铸坯质量效果明显。