板坯连铸中间包内控流装置结构的优化

以国内某钢厂板坯连铸中间包为原型,进行控流装置的物理和数值模拟优化,提出优化方案.对比物理模拟和数值模拟结果发现,对于不使用抑湍器的控流方案,数值计算获得的结论与实验模拟结果较一致;而对于使用抑湍器的方案,数值模拟可以减少示踪剂和流体的分离流动对停留时间分布曲线的影响,更准确地反映实际流场.     

单流厚板坯连铸中间包结构优化

针对鞍钢一炼钢的厚板坯连铸中间包,采用冷态物理模拟方法,对中间包的控流装置进行了优化,对实际中间包钢水流动建立了数学模型,得到中间包优化前后钢液流动的速度场。实验结果表明,原结构的中间包的控流装置和布置位置不合理。中间包采用湍流控制器和结构优化后,提高了钢水在中间包的停留时间,死区体积明显下降。实际应用的结果表明,中间包结构优化后,中间包钢液、第1和第3块铸坯试样中的平均夹杂物面积比明显下降。     

六流连铸中间包的物理模拟

通过对六机六流连铸机T型中间包内腔优化的水模型实验的研究,提出了B－2型和C型两种优化挡墙的设计方案,可提高中间包内液体的平均停留时间。同时,提出冲击区容积的大小对中间包内液体的平均停留时间有重要的影响。     

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.     

三流中间包结构优化物理模拟

通过物理模拟的方法对某钢厂三流中间包进行结构优化。结果表明，原型中间包由于挡墙正前方开有小孔，易导致短路流现象的发生。此外，导流孔倾角小且其方向正对边部水口，导致钢液直接从边部水口流出，停留时间较短，死区比例也高达41.08%。对原型中间包导流孔进行优化后，最优方案“U9 T1”的流体停留时间由原型的346.50延长至451.83 s，死区比例降至22.29%，降幅高达45.74%。这有利于中间包内体积利用率的提高，对实际生产具有重要指导意义。     

六流方坯连铸中间包结构优化水模实验

 通过六流方坯连铸中间包水模实验,研究了不同控流装置对其流动特性的影响。采用笔者提出的多流中间包流动特性分析模型及各流流动特性一致性的分析方法进行了定量描述。结果表明,带横墙和不带横墙的“V”型挡墙均能明显改善各流流动特性的一致性,与不带横墙的“V”型挡墙组合挡坝的数量、高度均对流动特性有影响,在较优的“V”型挡墙与挡坝组合控流装置基础上加入抑湍器后控流效果更佳。通过实验研究,提出了优化方案。     

多流式连铸过渡包的结构优化

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30 mm,堰高30 mm,坝堰间距120 mm,堰距入口中心距离253 mm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。     

四流大方坯连铸中间包的物理模拟研究

针对近T型四流大方坯连铸中间包设置合理的控流装置问题,采用水力学模拟实验的方法在等温和非等温条件下分别对“V墙＋坝”和“湍流器＋坝”两种方案进行了正交优化实验。实验结果表明,该中间包在无控流装置时存在短路流,死区较大;“V墙＋坝”1#方案能明显改善中间包内流场,使死区体积减小,活塞流体积增加,温度分布较均匀;“湍流器＋坝”方案对流场也有一定程度的改善,但仍然存在短路流和较大死区,流场和温度分布不均匀。     

四流中间包注流控制装置的优化研究

以国内某钢厂连铸中间包为研究对象,根据相似原理建立了1∶2物理模型,通过刺激-响应实验研究四流中间包内流体的流动特性.研究结果表明:在原始注流控制装置下,中间包各流水口之间的流体流动特性差异很大,夹杂物不能有效地上浮去除;优化后,各流水口滞止时间差减小,死区比例明显降低,流场分布合理.     

八流大方坯连铸中间包结构优化的物理和数值模拟

结合某钢厂八流大方坯连铸中间包生产现状,基于物理模拟与数值模拟方法,对中间包内钢水流动特性及温度场进行了研究.物理模拟结果表明:原中间包因各流水口距长水口冲击点距离不等,导致各流响应时间及停留时间差别增大,各流钢水温差扩大,死区体积分率偏高,影响了铸坯质量和生产顺行.此外,原中间包稳流器因内腔体积小,注流过程中存在包壁冲刷严重等问题.采用优化控流方式后,死区体积比率由优化前的37.5%减小至19.0%,各流响应时间标准差由58降至15,各流停留时间标准差由185降至68,流动一致性得到显著改善.同时,中间包内最大温差降低至4 K,各水口间最大温差降至1 K,包内温度分布更趋均匀.此外,扩大稳流器内腔容积减小了对包壁的冲刷.     

200 t转炉交错氧枪设计优化研究

以200t转炉5孔氧枪为原型,优化设计内外喷孔相同倾斜角度下不同流量配比的交错氧枪.基于射流特性仿真研究,通过数值模拟方法,分析交错氧枪喷头射流特性与传统5孔氧枪的不同,探讨内外孔流量比变化对氧枪射流轴向速度衰减和有效冲击面积的影响规律.结果 表明:交错氧枪内孔射流轴向速度大于传统氧枪,外孔的轴向速度与传统氧枪相近,但...     

210t转炉底吹供气参数优化模拟研究

为优化某厂210t转炉底吹供气效果,利用气-液两相流相互作用数值模拟方法,研究了底吹元件数量、布置方式和供气强度变化对熔池搅拌效果的影响.通过对8支、10支、12支底吹元件数量下的作用效果分析,得出12支底吹元件布置在0.63D(D为熔池直径)的同心圆上时,熔池内钢液流动相对较稳定,"死区"比例最低,混匀时间最短.随着...     

板坯连铸结晶器水口优化数理试验研究

采用1∶2.2水模型试验与数值模拟对结晶器浸入式水口结构的改进与优化进行探究。通过不同铸坯断面下C型水口与A型水口对结晶器流场影响效果的比较可以得到,水模试验中,C型水口较A型水口波高平均下降48.99%,冲击深度平均减少1.94%,卷渣程度平均降低80.24%,液面裸露最大宽度平均下降67.39%;数模试验中,C型水口自由液面平均最大流速v_Cmax=0.39 m/s大于A型水口自由液面平均最大流速v_Amax=0.23 m/s;水模试验与数模试验结果一致,C型水口在稳定结晶器液面、减少卷渣方面均优于A型水口。     

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。     

基于(火用)效率目标的环冷机余热回收系统操作参数优化

摘要：针对烧结环冷机余热回收利用率不高的难题,采用分析法建立了评价某钢铁厂烧结环冷机余热回收系统运行效率的效率模型。基于多孔介质模型、局部非热平衡方程、真实气体SRK方程建立环冷机内气固两相换热模型。通过CFD仿真模拟,探究料层高度、循环风机输入烟气温度、烧结矿底部入口风速三项可控环冷机运行工艺参数对系统效率的影响规律。结果表明,料层厚度在1～1.5 m区间每增加0.1 m,效率增加0.8%～1.1%;循环风温在100～140℃之间每增加10℃,效率增加1.4%～1.5%;烧结矿底部入口风速在0.9～1.9 m/s之间每增加0.1 m/s,效率降低0.18%～0.24%。在此基础上,基于工业运行数据建立效率正交试验优化模型,提高了该余热回收系统3.42%的效率。     

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。     

GCr15钢大方坯结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究

摘要：为明确不同电磁搅拌条件对结晶器内钢液流动、传热行为的影响规律,对现场大方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的配置提供依据,采用ANSYS Fluent及Maxwell研究了320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢连铸过程中结晶器电磁搅拌工艺参数对结晶器内钢液温度场、磁场特性、注流冲击深度及液面波动的影响规律。研究结果表明,在M-EMS作用下,结晶器内钢液温度的耗散明显优于无电磁场作用工况,有利于改善结晶器内温度均匀性。注流的冲击深度随电流强度的增大而降低,而频率改变对钢液冲击深度影响不明显。当电磁搅拌电流强度一定时,随着搅拌频率增加,液面波动趋于平缓;当搅拌频率一定时,随着电流强度增加,液面波动变剧烈。对于320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢不同工艺进行工业试验,只改变结晶器电磁搅拌参数,从300A/2Hz调整到350A/3Hz,铸坯横截面中心碳偏析指数从1.06降低到1.01,铸坯纵截面中心碳偏析指数的平均值从0.98升至0.99,适合该钢种结晶器电磁搅拌工艺参数为350A/3Hz。     

Flow behavior of molten steel in SEN during full nozzle self swirling flow continuous casting

Full nozzle self swirling flow continuous casting is an important technology to optimize the mold flow field from the source. Numerical simulations were carried out to investigate the influence of casting speed and inlet area of the swirling flow generator on steel flow behavior in SEN (submerged entry nozzle). The results show that the casting speed and the inlet area have important effects on the swirling steel flow in SEN. The swirl intensity increases with the increase of casting speed, decreases with the increase of inlet area, and decreases approximately linearly with the downward flow of molten steel in SEN. The swirling flow velocity can reach 410m/s with the generator inlet velocity of 11m/s. Due to the effect of swirling flow, molten steel at the nozzle center moves upwards. The flow field in SEN along the radial direction can be divided into three regions, namely, the isotropic turbulent fluctuation region, the anisotropic turbulent fluctuation region, and the near wall region. With the increase of inlet velocity, the anisotropic turbulent fluctuation region increases. This study reveals the key control factors on steel flow behavior in a full nozzle self swirling flow continuous casting process, which provides a good support for the parameter optimization of the swirling flow continuous casting process.     

全水口自旋流连铸水口钢水流动行为

摘要： 全水口自旋流连铸是从源头上优化结晶器流场的重要技术,利用数值模拟手段,研究了拉坯速度和旋流发生装置入口尺寸对自旋流连铸钢水流动行为的影响。研究表明,拉坯速度和入口尺寸对水口内钢水旋流具有重要影响,旋流强度随拉速增大而增大,随入口面积增大而减小,且随钢水向下流动近似呈线性减小;当旋流装置入口流速为1.1m/s时,水口内钢水旋转速度达4.10m/s,受旋流影响水口中心钢水反重力向上流动;水口流场沿径向可分为湍流各向同性区、各向异性区和近壁区,随入口速度增加湍流各向异性区范围增大。研究明确了全水口自旋流连铸过程钢水旋流行为的关键控制因素,为旋流连铸的参数优化提供了支撑。     

Study on applicability of different turbulence models in simulation of molten steel flow in tundish

The internal structure of continuous casting tundish is complex, and the flow state of molten steel is diverse. Detailed and accurate information of molten steel flow field is the premise of tundish control and optimization. Numerical simulation method has been widely used in the study of molten steel flow field in tundish. The accurate numerical simulation of molten steel flow field is inseparable from the appropriate turbulence model and the corresponding boundary conditions. Based on the CFD open source code OpenFOAM v8, three different types of turbulence models (standard k-ε model, RNG k-ε model, and SST k-ω model) were applied to simulate the molten steel flow in the tundish. Additionally, two boundary conditions of symmetry plane and the free slip were also applied. Comparing the simulation results to the experimental data, it shows the RTD curve obtained by the simulation with the SST k-ω model can successfully predict the "double peaks" that appeared in the experiment. Besides, the response time and peak value time are closest to that of experimental results. For SST k-ω, when changing the type of liquid surface boundary from free slip to symmetrical plane, the error of tracer response time obtained is reduced from 93.89% to less than 8.35%, and the error of peak time is reduced from 100.78% to about 12.32%. It can be concluded that the SST k-ω model and the symmetry boundary are applicable for the simulation of molten steel flow in the tundish.