MCCR产线110 mm薄板坯结晶器流场的数值模拟

首钢京唐MCCR产线是国内第一条多模式连铸连轧产线,薄板坯高拉速连铸是实现无头轧制模式的基础,结晶器内流场控制是决定薄板坯高拉速连铸的关键。采用VOF两相流模型研究薄板坯连铸结晶器内流场特点,采用插钉法测量实际生产过程结晶器弯月面流速,并与对应工况条件下模拟结果进行对比校验了模型准确性。通过薄板坯连铸结晶器内流场的数值模拟仿真,获得了薄板坯高拉速条件下结晶器内钢液的流动特征。研究了连铸拉速、2种浸入式水口结构等因素对弯月面流速以及波高差的影响。结果表明:随着通钢量由3.4 t/min增加至8.2 t/min,采用四孔水口时,结晶器弯月面钢液流速由0.02 m/s增加至0.30 m/s,结晶器钢液面波高差由2.0 mm增加至7.2 mm;采用五孔水口时,结晶器钢液面波高差由0.25 m/s增加至0.5 m/s,结晶器钢液面波高差由2.6 mm增加至17.0 mm。高通钢量条件下(5.5～8.2 t/min),采用四孔水口更加有利于控制液面波动稳定性。     

薄板坯连铸结晶器钢液流动数值模拟

以唐钢第一炼钢厂薄板坯连铸机为背景,利用商业模拟软件FLUENT,根据热轧薄板厂目前连铸操作的工艺参数,采用湍流模型建立数学模型,模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液流场分布情况,系统地研究了水口结构、水口上出口倾角在指定拉速、浸入深度下对结晶器内流场的影响,为水口优化提供理论依据。在固定拉速和指定的浸入深度条件下,通过对比分析几种不同水口结构对结晶器内流场及温度场影响规律,最终确定采用五孔水口上出口倾角取15°为最佳水口结构方案。     

采用薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板的可行性分析

薄板坯连铸由于拉速高,结晶器容量小,结晶器钢水液面波动高度和表面流速显著高于传统连铸,因此容易造成保护渣卷渣,这是薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板钢种的主要困难所在。NUCOR、蒂森一克鲁伯等企业采用薄板坯连铸连轧工艺生产冷轧钢板的实践也表明,在表面质量方面与传统工艺产品尚有较大的差距。采用薄板坯连铸工艺生产优质冷轧钢种,应适当增加铸坯厚度,以降低拉速和增加结晶器对钢水流的缓冲作用,可采用120mm厚铸坯(结晶器出口),3m／min左右拉速。为了减少结晶器保护渣卷渣,应对中等厚度薄板坯连铸结晶器内钢水流动控制(SEN结构参数、SEN浸入深度、拉速等)、电磁制动、保护渣等开展深入的试验研究。     

薄板坯连铸结晶器三维流场和温度场的数值模拟

针对ＩＳＰ型薄板坯连铸结晶器，利用数值模拟的方法，计算结晶器的内流体的三维流场和温度场，比较和分析水口结构形状，插入深度及拉坯速度对结晶器内流场和温度场的影响，为薄板坯连铸结晶器以及相适应的伸入式水口结构形状选型提供参考。     

板坯连铸结晶器内液面波动的水模型研究

以某厂板坯连铸结晶器为原型,采用1:1的水模型进行试验,以瞬时波高为判断依据,研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面结构等工艺参数对板坯结晶器内流场和液面波动行为的影响.提出了优化结晶器流场的工艺参数,为在实际生产中减少结晶器内卷渣提供了依据.结果表明:拉速对板坯连铸结晶器内液面波动的影响最大,水口倾角...     

板坯连铸结晶器内吹入气体对钢液行为的影响

采用水力学模拟方法研究板坯连铸结晶器内流场，分析塞棒吹Ａｒ时，浸入式水口琢拉速等工艺参数对连铸结晶器内钢液行为的影响。     

CSP结晶器内流动与传热过程的计算机模拟

对CSP薄板坯漏斗形结晶器内的流动与传热行为进行了计算机模拟研究。考察了水口结构形状、拉坯速度及水口插入深度对结晶器内流场、温度场和凝固的影响，为与薄板坯连铸结晶器相适应的浸入式水口结构形状选型提供依据和指导。     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的水模型研究

以某厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,采用1∶1水模型进行实验,研究了拉速、浸入深度、水口倾角、水口出口面积等工艺参数对结晶器内流场和液面波动的影响,以优化工艺参数,为在实际生产中减少卷渣提供依据.结果表明:随着结晶器宽度、拉速的增加,液面波动明显增大;采用较大的水口出口面积和浸入深度,可以抑制液面波动,避免卷渣.     

EAF-CSP流程Nb微合金化管线钢的连铸工艺研究

基于珠钢采用Nb微合金化技术成功地开发了管线钢X52和X56的事实,结合CSP薄板坯连铸工艺特点,探索出了一套适合含Nb钢薄板坯连铸的浇注温度制度、结晶器保护渣、连铸拉速和结晶器热流密度匹配及二次冷却曲线等工艺控制技术.     

宽板坯连铸结晶器浸入式水口结构优化的研究

针对宽板坯连铸生产现状,采用商业软件PHOENICS对其建立三维数值模型,模拟宽板坯连铸结晶内钢液的流场分布.研究了不同水口倾角、插入深度及拉速等参数条件对结晶器内流场的影响,得出了适用于宽规格结晶器合理的浸入式水口.这为优化宽板坯结晶器内钢液的流场及浸入式水口结构及确定合理的工艺参数提供了科学依据.     

Oscillating Jet Flows in a Thin Slab Mold and their Influence on Meniscus Stability

Sustainability of oscillating liquid steel jets discharging from a submerged, two‐port entry nozzle in thin slab molds has been studied through a water model and mathematically simulated using the Reynolds Stress Model of turbulence combined with the Volume of Fluid model to capture dynamics of the water‐air interface. At casting speeds of 5 and 7 m/min, both jets yield long range time‐dependent Reynolds stresses with high gradients which induce oscillating upper roll flows in the mold providing permanent flow asymmetry. Intermittent vortexes at the water‐air interface are generated by the interaction between the flow arising from the upper roll toward the SEN and a high velocity flow which goes through the gap between the SEN shaft and mold wall oriented toward the narrow wall. These flows gather at expansion of the mold funnel generating intermittent vortexes. Meniscus oscillation decreases in narrower molds even at high casting speeds. At lower casting speed like 5 m/min meniscus oscillation decreases considerably in wide and narrow molds. Turbulence understanding in thin slab molds would help to design submerged entry nozzles for higher steel casting speeds through wide molds with better meniscus stability.     

适合漏斗型薄板坯连铸结晶器三孔水口的水模型优化

 采用1∶1的水模型研究了5种不同底孔直径(16～28mm)的三孔水口下漏斗型薄板坯结晶器内的流场、液面特征和卷渣行为。结果表明：在常规工艺参数下,5种三孔水口下结晶器内钢液的流场都是典型的“双辊流”,且流场稳定;在5种三孔水口下结晶器液面波动都较平稳,且波动范围都在±(3～5)mm之间。5种不同水口下结晶器液面主要发生剪切卷渣,漩涡卷渣很少发生。试验得知：在水口浸入深度280mm,拉速为5m/min时,剪切卷渣发生的钢液临界表面速度是0.32m/s,与文献报道的模型计算值较吻合。在水口浸入深度280mm、拉速为5m/min的条件下,适合薄板坯连铸的最佳的三孔水口的底孔直径为22mm。     

薄板坯连铸结晶器内流动传热行为的研究

基于珠钢CSP薄板坯连铸机设备工艺条件和所采用扁平浸入式水口结构,结合铜板测温导出的热流密度分布进行了漏斗形结晶器内钢水流动、自由液面以及传热凝固等冶金现象的综合描述和数值分析.结晶器熔池中以两个上旋涡为主的钢水循环流动局限在漏斗形结晶器内,上旋涡流股冲击和离开熔池液面分别对液面起伏波动有所贡献,弯月面下距窄边100 mm范围内有二次涡形成.除水口下方两侧存在两个具有明显过热的高温区外,熔池中绝大部分钢水的温度在液相线附近保持恒定,铸坯表面温度分布和坯壳发育过程均反映出水口高温射流的影响,铸坯表面最高温区位于熔池液面下方靠近结晶器窄边的地方.     

宽度对板坯连铸结晶器液面特征影响

 由于订单日趋多样化,连铸过程中板坯宽度需要经常变化,同时由于浇铸周期的限制,通钢量一般维持不变。因此,固定通钢量研究铸坯宽度对流场的影响并采取相应控制策略有较大现实意义。采用1[∶]1水模型和工业试验研究了固定通钢量前提下宽度对板坯连铸结晶器内钢水液面特征的影响。水模型结果显示：宽度从1 050增至1 900 mm时,窄面撞击点位置由距弯月面370增至510 mm,且上回流涡心高度下移。通钢量固定为3.6 t/min,宽度从1 050增至1 900 mm时,液面平均波高从4.4降至2.5 mm,表面流速从0.42降至0.15 m/s。工业试验结果表明,通钢量为3.6 t/min时,结晶器内液面波动与表面流速随铸坯宽度增大而减小,与水模型结果一致。因此,在实际浇铸过程中,结晶器液面控制应根据铸坯宽度动态调节。     

浸入式水口对结晶器钢水流动与液面波动的影响

以国内某钢厂220 mm×1800 mm板坯连铸结晶器为原型,根据相似性原理建立相似比为0.6的水模型,利用粒子图像测速技术(PIV)对比不同浸入式水口(SEN)的出口角度、浸入深度及水口底部结构条件下的结晶器内流场流速特征,同时使用波高仪对液面波动振幅进行实时监测,并结合F数分析各SEN条件对结晶器内钢液流动特征.研究发现,在各浸入式水口条件下,位于结晶器液面1/4宽面处附近出现矢量流速向下的剪切流,同时在水口附近发现不规则漩涡.试验结果表明:浸入式水口的出口角度、浸入深度的增加能够强化上回旋区缓冲作用,降低结晶器液面表面流速;尽管凹底结构SEN能减弱钢液湍动能,但其对1/4宽面处剪切流速度的影响不大.另外,液面波动幅度和F数变化规律一致,且当浸入式水口出口角度15°、20°,浸入深度135 mm、145 mm条件下波幅与F数最为合理,从而减小或避免液面卷渣,提高连铸坯质量.      

立式组合电磁制动对CSP结晶器内钢液流动及偏流控制

紧凑型带钢(CSP)薄板坯连铸结晶器在浸入式水口下方设置水平式的全幅一段电磁制动器(Ruler-EMBr),在进一步提高薄板坯连铸拉坯速度的情况下,不能有效控制CSP结晶器自由表面的钢液流速和液面的稳定性.为此提出一种新型的立式组合电磁制动(VC-EMBr)技术,并利用商业软件ANSYS FLUENT数值模拟研究了全幅...     

浇铸参数对结晶器液面波动影响及其工业应用

 板坯连铸结晶器液面的波动行为是结晶器内钢液流动、结晶器自身振动以及辊子挤压铸坯内部未凝固的钢液造成液面波动综合作用的结果。结晶器液位波动的稳定性对板坯连铸过程的卷渣行为有直接影响。在工业板坯连铸生产实践中,一般在结晶器某一区域(比如结晶器中部)利用放射源或涡流传感器检测液位波动来代表该工况下的整体波动水平。利用三维气液两相流动的数学模型研究了浇铸参数对结晶器液位轮廓的影响,浇铸参数包括拉速、吹氩流量、浸入式水口出口角度和浇铸断面。研究结果表明,结晶器不同宽度位置的波动幅值差异较大,且与工艺参数密切相关。液面的波峰与波谷之差随着拉速的增加在窄面附近逐渐增大,随着吹氩流量的增加在水口附近逐渐增大。在水口出口角度15°条件下,水口和窄面附近的液位波动均较大,而在水口出口角度45°条件下,仅在水口附近存在较大的液位波动。研究结果表明,使用板坯连铸常规的15°浸入式水口,当铸坯宽度大于800 mm时,结晶器液面检测需要在水口和窄面附近同时布置液位检测设备,以便更全面反应结晶器的真实液面行为,使液面波动对轧板表面质量指导性增强,有效提高连铸工艺的控制水平。如使用45°浸入式水口可以继续沿用原有的液位检测布置。     

Large Eddy Simulation for Unsteady Turbulent Field in Thin Slab Continuous Casting Mold

The unsteady turbulent flow during the continuous casting of steel is important, because it influences critical phenomena that affect steel quality. Unsteady three-dimensional flow in the mold region of the liquid pool during continuous casting of steel slabs has been computed using realistic geometries starting from the submerged inlet nozzle to the mold. The cassette filter function was used to deal with unsteady Navier-Stokes equation, and then the turbulent flow in the thin slab CCM was simulated with the large eddy simulation method combined with the Smagorinsky sub-grid scale model in this paper. And the model was verified by the Particle Image Velocimetry (PIV) experimental results which was got from a relate scientific literature. In this thesis, by means of LES, the flow characteristics in the thin slab CCM were acquired, such as the vortex distribution, the formation of the large eddy coherent structures, development, shedding and fracture process. In the same time, the turbulent asymmetric distribution was revealed even the nozzle in the centre position. Interactions between the two halves cause large velocity fluctuations near the meniscus. And the vortex is located at the low velocity side adjacent to the SEN. Along with the unsteady time development, the unsteady turbulent large vortex structures of the liquid steel in the CCM presented periodic bias flow distribution, and the period is about 20 seconds.     

MCCR产线低碳钢高拉速技术研究与应用

通过统计和分析现场数据,得出限制MCCR薄板坯连铸连轧低碳钢拉速提高的主要因素为结晶器热像图中的冷齿和结晶器液面波动,对冷齿和液面波动的成因进行研究,并提出有效控制措施。研究结果表明,结晶器热像图中的冷齿与结晶器弯月面凝固收缩特性相关,受冷却铜板厚度、碳当量、拉速及保护渣影响,反映到铸坯实物上为凹陷或者裂纹缺陷,需合理匹配形成最优参数组合,以降低因冷齿造成的漏钢风险。当结晶器铜板厚度减薄量在6.7%以内时,一冷水维持原设计流量;当结晶器铜板厚度减薄量在6.8%～11.1%时,拉速4.0 m/min以上时需降低10%的一冷水流量;当结晶器铜板厚度减薄量在11.2%～15.6%时,所有拉速下需降低18%的一冷水流量,同时使用高碱度B型保护渣。针对高拉速下结晶器液面波动问题,通过数值模拟研究浸入式水口插入深度、拉速、结晶器断面宽度及电磁制动等参数对结晶器内流场和温度场的影响规律,得到不同拉速和不同断面条件下电磁制动电流的合理配置,使得拉速达到5.5 m/min时钢液面最大流速仍小于0.3 m/s。上述研究结果应用后,结晶器冷齿问题得到有效缓解,110 mm厚的薄板坯最高拉速达到5.8 m/m...