40t钢包浇铸过程的数学模拟研究

利用CFD商业软件,对建立在正交网格上的40 t钢包浇铸过程进行了数值模拟,模拟结果得出了钢包静置和钢包浇铸的钢水流动规律.研究发现:钢包静置时,温度梯度会逐渐变大,钢液呈自上而下的循环流,流速会逐渐变小,在浇铸前可在临界吹气量下喷吹惰性气体3 min以消除温度梯度;钢包浇铸时,钢液呈自下而上的循环流,根据临界高度的模拟结果可拟合出一条直线,对实际生产中临界高度的确定具有一定的参考价值.     

底吹氩VD钢包炉流场优化的数值模拟研究

以某钢厂150 t VD钢包炉为研究对象,采用商业软件Ansys-Fluent,建立钢包底吹氩气模型,结合正交设计方法,模拟了不同钢液量,两个吹氩口不同吹氩量工艺条件下钢包内流场和流速变化,同时考虑了静置10 min后钢包炉内钢液流动情况。所有试验均监测钢包下部同一位置的速度大小,通过正交设计方法选择最优的生产方案。研究结果表明:钢包内钢液量和底吹氩气量在小范围内变动对钢包内钢液流场和流速影响不大,且钢液量和氩气口吹氩量对静置10 min后钢液内流场流速的影响可以忽略不计。吹氩量过大会导致渣眼开度较大引起卷渣和吸气现象,吹气量过小钢液流速较低则导致形成稳定循环流场所需时间较长。最终通过对比分析得出在钢液高度选用3 590 mm,1#和2#氩气口流量均采用0.9 m~3/h时钢包炉内综合流动效果较好,减少了钢水受污染程度,提高了生产效率。     

关于转炉出钢过程旋涡卷渣的消除方法探究

文章阐述了在转炉出钢中后期,出钢口附近漩涡产生的机理以及对转炉炼钢工艺的影响.通过物理模拟的方法研究某钢厂出钢中后期出现漩涡的现象,通过研究不同出钢口直径、形状、添加阻漩装置从而抑制漩涡的形成,减少下渣量,为今后探究新型挡渣工艺提供了指导方案.     

钢包浇注过程中旋涡临界高度控制

为了有效控制钢包浇注过程中汇流旋涡的临界高度,以150 t钢包为原型,基于相似原理,采用1∶3的物理模型,通过水模拟研究了钢包初始液位、静置时间、水口位置、水口结构和阻旋装置对汇流旋涡形成过程的影响.结果 表明,初始液位对旋涡的形成影响较小,而静置时间和水口位置的影响显著.在逆时针注水情况下,随着静置时间的增加,旋涡起...     

120t钢包汇流卷渣的物理模拟

通过水模试验,对某厂120 t钢包浇铸过程中汇流卷渣现象进行了观察,研究了钢包渣量、钢包水口直径对卷渣高度的影响。结果表明,钢包从无渣到1.0%的渣量时,开始卷渣高度降低了57%,稳定贯穿漩涡的高度降低了56%;渣量从1.0%增加到7.0%,开始卷渣高度增加了63%,稳定漩涡高度增加了62%;钢包水口流量由2.884 m3/h增加到22.465 m3/h,开始卷渣高度增加60%,钢包水口出流流量由2.361 m3/h增加到19.211 m3/h,稳定漩涡高度增加了75%。     

钢包浇铸末期旋涡高度控制物理模拟研究

针对某钢厂100 t钢包因旋涡临界高度较高引起残钢量较大的问题,依据相似原理,建立了1∶3的钢包物理模型,通过水力学模拟的方法研究了控制静置时间、加入挡渣球、吹氩三种方式对钢包旋涡开始起旋高度(临界高度)及贯通高度的影响。研究结果表明:在钢包初始条件一定时,随着静置时间的延长,旋涡开始起旋高度及贯通高度均呈现先升高后降低的趋势;直径60 mm沟槽深度8 mm的挡渣球几乎可以完全消除旋涡,并满足钢包通钢量的要求;在合适的吹氩流量范围内,随着吹氩流量的增加,旋涡高度下降,在吹氩流量到达0.8 L/min时,临界高度和贯通高度比无吹氩时分别下降了58.8%和58.6%。     

80 t钢包静置过程温降分析

针对唐山某公司钢包循环过程中温降过大,温度补偿计算困难的问题,分别采用解析法和数值模拟的方法建立了钢包静置过程的温度预测模型.最终提出的钢包温度计算方法能够较为方便准确的描述钢包温降过程,并以此为基础对钢包内钢液温度进行补偿,此外,推断出烤包温度低是造成钢液温降大的主要原因,钢液静置的前10 min是温降最大的阶段,静置时间超过50 min之后,钢液温度基本保持稳定.     

节能型加盖钢包钢水热耦合数值模拟研究

以钢厂生产用100 t钢包为研究对象,对静置过程的耦合场进行数值模拟研究,运用Fluent软件对钢包静置过程的温度场进行数值模拟计算,得到钢包加盖前后的温降变化曲线,分析包盖对钢包温度场的影响;设置钢包静置时间分别为10 min和60 min,分析静置过程包衬温度变化曲线。结果表明:钢包在前10 min温降比较快,而随着静置时间的延长,钢包温度下降的趋势变缓。钢包全程加盖技术节能效果显著,转炉出钢温度损失平均减少15℃,每吨钢成本降低0.8元以上。     

150t钢包双透气砖底吹氩优化与工业试用

通过水模型研究了国内某厂150t钢包双透气砖底吹氩位置及流量对钢液混匀时间的影响,利用优质真空泵油模拟钢包顶渣,对不同吹气位置及吹气流量下钢液裸露面积进行了比较。结果表明,双孔夹角180°、吹气孔位于各自半径0.6R圆周上(吹气孔11和15)时混匀时间短且钢液裸露面积小,同时对包壁冲刷更小。钢包改造后工业试用表明,通过优化钢包透气砖位置及钙处理后钢液软吹氩流量及时间,钢液钙处理增氧质量分数降低28×10-6,降幅达78%;钢液出LF全氧质量分数降低34×10-6,降幅为45%,全氧含量控制水平明显提高。     

110t不锈钢钢包炉底吹氩水模拟

依据相似原理建立钢包的物理模拟体系,采用水模型对110t LF钢包底吹氩过程进行研究,分析了吹气量、吹氩位置、钢包覆盖渣和钢包液面高度对钢包混匀的影响,并进行了相应的试验验证。研究结果表明：水模型试验结果和大工业应用具有较好的一致性,验证了水模型的可行性;钢包液面高度越高,混匀时间越长;吹气量越大,混匀时间越短;相同的液面高度和吹气量下,底吹氩最佳位置为0.33r 附近;钢包覆盖渣较黏时会使钢液流动显著减慢,增大吹气量容易产生卷渣现象。     

浇注钢包环出钢口四孔透气塞吹氩控制下渣工艺北大核心CSCD

针对浇注钢包环出钢口四孔透气塞吹氩控制下渣工艺,建立了某钢厂130 t钢包三维DPM-VOF耦合数学模型以计算浇注钢包下渣过程,并通过冷态实验验证了该模型的有效性。利用该模型研究了不同偏心率对下渣行为的影响,揭示了该工艺控制下渣的行为规律,并分析了吹氩流量对控制下渣的影响。结果表明,随着偏心率的增大,不同浇注高度下的最大切向速度减小,汇流漩涡临界高度降低。环出钢口四孔透气塞吹入氩气后,气泡流股的汇聚有效地减弱了水口上方钢液的周向旋转速度,大幅降低了汇流漩涡下渣临界高度。4个气泡流股的气液两相流会抑制流向水口钢液的径向流动速度,由排流沉坑引起的下渣也得到明显抑制。随着吹氩流量的增加,下渣临界高度呈降低趋势。就本研究而言,控制下渣的最佳吹氩流量为30 L/min。     

吹气孔直径对钢包模型内流动的影响

采用相似比为1∶10的水模型研究了钢包底吹氩系统中吹气孔直径对钢液流动的影响,通过测量钢包中心面的速度场,得到流体流动随吹气孔直径的变化规律。研究结果表明,吹气孔直径在1~3 mm范围内,随吹气孔直径增加,气柱、液面和包壁附近的流体速度减小,整个钢包内速度场分布更均匀。随吹气孔直径增加,涡心坐标从(0.12,0.12)向(0.12,0.10)和(0.12,0.09)变化,涡心向上移动,横向移动不明显。随着吹气孔直径的增加,底部产生的气泡直径变大,混匀时间有所减小。     

钢包自开率的影响因素及改善措施

统计分析了LZ20Mn2、20MnV6、20MnTiB等钢种钢水在钢包中停留时间(<135 min～>240 min),出钢温度(<1 640℃～>1 650℃),连铸平台钢水温度(<1 540℃～>1 580℃),钢中Mn含量(<0.5%～>1.3%)对70 t钢包水口自开率的影响。得出随着钢包停留时间延长,出钢温度和连铸平台钢水温度提高,以及钢中Mn含量的增加,钢包自开率可由98.8%降至76.8%。通过加强引流砂用前烘烤,及时清理钢包中残钢残渣,清扫水口,钢水在钢包中平均停留时间由原180 min降至160 min,使钢包自开率由原88.4%上升到97.3%。     

加快钢包周转六西格玛方法实践

京唐炼钢厂的定位是打造高效低成本洁净钢生产平台。高效、低成本与洁净钢这3个基本理念并非相互独立、互不相连,而是相互依存、共同发展。结合京唐炼钢厂实际情况,通过采用六西格玛的方法对京唐炼钢厂钢包周转周期进行改善。结果表明,通过压缩生产组织节奏,同时在转炉出毕至精炼环节取消部分钢种的炉后取样测温操作,可提高物流速度,钢包周转周期缩短了11.7min,其中转炉出毕至连铸开浇的时间从80降低至75min;在目前班产30炉、钢包周转周期为201.4min情况下,合适的钢包周转数量为13个;优化RH合金化过程,并严格控制钢包周转数量(不超过13个),转炉出毕至连铸开浇的时间从75降低至70min。     

转炉炼钢出钢过程的数值模拟

不同直径的出钢口决定转炉出钢流场的分布,从而影响出钢过程的钢水温降,而钢水温降直接影响转炉出钢温度以及炼钢生产节奏。为掌握出钢过程中的温降规律以及设计合理的出钢口参数,利用Ansys软件包建立三维转炉及钢包模型,借助数值模拟方法,研究得到200 t转炉在不同尺寸出钢口下的出钢流场数据,进而针对出钢过程中的钢水注流,研究出钢口尺寸及钢包内壁温度对注流温降的影响规律。研究发现,钢水注流的温降与注流比表面积成正比;另外在出钢早期,内壁温度每提升100 K,注流温降平均减小0.4~0.7 K。后续将继续开展出钢过程中钢包及合金辅料对钢水温降影响规律的研究,以期为转炉出钢工艺提供数据支撑。     

Mathematical simulation of fluid dynamics during steel draining operations from a ladle

Fluid flow dynamics during ladle drainage operations of steel under isothermal and nonisothermal conditions has been studied using the turbulence shear stress transport k-ε model (SST k-ω) and the multiphase volume of fluid (VOF) model. At high bath levels, the angular velocity of the melt, close to the ladle nozzle, is small rotating anticlockwise and intense vertical-recirculating flows are developed in most of the liquid volume due to descending steel streams along the ladle vertical wall. These streams ascend further downstream driven by buoyancy forces. At low bath levels, the melt, which is close to the nozzle, rotates clockwise with higher velocities whose magnitudes are higher for shorter ladle standstill times. These velocities are responsible for the formation and development of a vortex on the bath free surface, which entrains slag into the nozzle by shear-stress mechanisms at the metal-slag interface. The critical bath level or bath height for this phenomenon is 0.35 m (in this particular ladle design) for a ladle standstill time of 15 minutes and decreases with longer ladle standstill times. At these steps, the vertical-recirculating flows are substituted by complex horizontal-rotating flows in most of the liquid volume. Under isothermal conditions, the critical bath level for vortex formation on the melt free surface is 0.20 m, which agrees very well with that determined with a 1/3 scale water model of 0.073 m. It is concluded that buoyancy forces, originated by thermal gradients, as the ladle cools, are responsible for increasing the critical bath level for vortex formation. Understanding vortex mechanisms will be useful to design simple and efficient devices to break down the vortex flow during steel draining even at very low metal residues in the ladle.     

钢包水口偏心率对浇注过程影响的数学模拟

 钢包的水口偏心率会显著影响浇注末期汇流旋涡的形成和发展过程。基于钢包特征设置合理的水口偏心率,有利于控制旋涡形态、抑制旋涡的危害。但是偏心率的变化如何改变流场,对浇注过程产生哪些影响,目前的研究并不充分。通过数值模拟方法,研究了水口偏心率对钢包流场和旋涡的影响规律,同时定义了“影响度”指标,定量分析了偏心率对浇注过程中表征流场和旋涡特性的14个物理量(如水口流量、旋涡角速度、湍动能、水口含气率等)的影响程度。结果表明,水口偏心率和各物理量之间存在非线性关系;不同物理量变化的临界点不同,普遍为0.5~0.7,旋涡的稳定性和容器壁面是影响临界点的主要因素。     

首钢京唐5 500 m3高炉出铁过程铁水温降规律

 为了研究大型高炉出铁过程铁水温降规律,对首钢京唐5 500 m3高炉出铁过程中铁水沟和炉下铁水罐内的铁水温度进行了现场实测。结果表明,高炉铁水沟中铁水温度呈周期性波动,堵口过程中铁水沟残铁温度以0.92 ℃/min的速率逐渐降低,铁口打开后铁水沟温度需40 min逐渐回升并稳定在1 475 ℃左右。尾罐是影响铁水罐受铁结束时罐内铁水温度的关键因素,尾罐比普通罐装满铁水时罐内铁水温度低25 ℃。尾罐装满铁水时罐内铁水温度与第一次受铁量有关,将尾罐放在高炉下次出铁的第二罐受铁有利于提高罐内铁水平均温度。