连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十二讲 流体运动基础

连铸过程中，结晶器是控制钢水清洁度的最后环节，结晶器内钢水流动方式对夹杂物的行为影响很大，控制合适的流动状态对去除夹杂物、防止残渣及保护渣的卷入十分重要，介绍了流体运动的几种状态及有关的基础知识。     

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座

连铸结晶器中钢液的流动方式对去除钢水中的夹杂物，防止卷渣和铸流冲刷凝固层十分重要，介绍了板坯连铸结晶器中的钢液流动和水口出口倾角，水口浸入深度及浇铸速度等参数对流动行为的影响，同时概括了小方坯弧形结晶器中钢液流动特点。     

内冷却器-U形管对板坯连铸结晶器内钢水流动的影响

针对1 240 mm×200 mm板坯连铸提出了一种钢水内外复合冷却技术,即在“结晶器内设置内冷却器-U形管”,起到提高传热效率和改善钢液流动之目的。运用流体力学分析软件,就内外复合冷却结晶器内钢水的流动状态进行了数值模拟,发现内冷却器可以使结晶器内钢水的流动状态均匀,部分起到电磁制动之功效,有利于钢液中的夹杂物上浮。     

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十四讲 连铸结晶器中的钢液流动

连铸结晶器中钢液的流动方式对去除钢水中的夹杂物、防止卷渣和铸流冲刷凝固层十分重要。介绍了板坯连铸结晶器中的钢液流动和水口出口倾角、水口浸入深度及浇铸速度等参数对流动行为的影响，同时概括了小方坯弧形结晶器中钢液流动特点。     

内外复合冷却高效结晶器内钢水三维流场数值模拟

提出一种基于结晶器内钢水内外复台冷却高效连铸新技术，即在“结晶器内设置内冷却器——U型管”。采用流体力学分析软件FLUENT，分析了内置U型冷却器时结晶器内钢水的流动状态，并与无内置L型管冷却器时结晶器内钢水流动状态作比较，发现内置U型冷却器使结晶器内钢水的流动状况均匀，钢水的冲击深度减轻，有利于钢中夹杂物上浮。     

连铸结晶器水模拟试验

本文作者借助水模拟试验，对钢水涡流卷入保护渣的可能性，以及钢水、夹杂物等在结晶器中的行为特征进行了分析。结果表明对于向下直排式水口而言，钢中夹杂物主要来源于钢水中原有的夹杂物。     

宽板坯连铸用旋转流浸入式水口的出口角度设计

在连铸结晶器内，一方面结晶器壁面的冷却可使凝固坯壳成长，另一方面还应通过钢水表面使气泡及非金属夹杂物上浮排出。这就是说在结晶器壁面冷却的同时还必须保持高的钢水表面温度，这是连铸操作的基本难点。在一般连铸时向钢水表面的供热是依靠一支浸入式水口流出的钢流进行的，所以，控制其流出的钢流能在结晶器内形成最佳的流动是非常重要的。     

高速浇注板坯时浇注条件对连铸结晶器内钢水流动的影响

高速浇注时，容易发生因结晶器内保护渣的卷入而导致板坯表面下的缺陷。用水模拟试验和实机浇注试验研究了板坯连铸结晶器内钢水流动的行为。获得结果如下：（１）结晶器内钢水的液面波动，产生各种频率的波，这和钢水的表面流速有关；（２）水模拟试验揭示出，钢水液水液面的波动可通过使浸入式水口结构和其他浇注参数的最佳化来控制；（３）已表明了一个能表示结晶器窄边附近的钢水液面波动情况的参数（Ｆ值），它是在不同浇注条件     

注流方式对大方坯连铸结晶器内钢水流动与温度状态影响

依据改变水口侧孔射流方向来控制结晶器内钢流流动状态的思想,设计了一种大方坯连铸结晶器新型四分切向水口.对不同类型水口(直通式、四分径向以及四分切向水口)浇注条件下大方坯连铸结晶器内钢水流动形态和温度分布状况进行了流体动力学比较研究.结果表明,新型四分切向水口不仅可以使结晶器内钢水形成上、下两个回流,并能够产生较强的水平旋流.该水平旋流能降低钢水的冲击深度,抑制钢液面波动,促进夹杂物上浮,还具有促进钢水过热耗散的效果.与四分径向水口相比,新型四分切向水口能减弱射流对初生坯壳的冲击,均匀横截面坯壳厚度.此外,该旋流状态使热中心上移,自由液面附近钢水的温度可提高2～6℃,改善化渣条件.     

板坯连铸结晶器内钢液流动过程的模拟仿真

板坯连铸结晶器内钢液的流动方式对去除钢水中夹杂物，防止残渣和保护渣卷入钢水，防止注流冲刷凝固固造成漏网和拉裂很重要。本文开发了描述结晶器内三维湍流流动的数学模型和计算程序Ｍｏｕｌｄ１．０，对结晶器内的流动现象进行了模拟研究，观察了双侧孔浸入式水口的张角和浸入深度及浇铸速度对结晶器内流动行为的影响。计算模拟结果与实测结果进行了比较。     

连铸结晶器钢水液位控制系统分析

为了获得高品质钢，连铸生产中应精确控制结晶器钢水液位。一种先进的组合式结晶器钢水液位控制系统(包括一个PID基本控制器和若干功能模块)用以有效控制生产过程中的变化和干扰，与过去传统的结晶器钢水液位控制系统相比，其能更有效地控制结晶器钢水液位。     

连铸中间包在炼钢厂的应用

总结了连铸中间包在梅山的应用情况，随着板坯质量要求的提高，中间包不仅起着盛钢桶和结晶器之间的缓冲容器的作用，同时中间包对钢水的精炼以及非金属夹杂物的去除，生产节奏的控制起着愈来愈重要的作用。     

连铸坯结晶器内钢水流动模式分析

介绍了板坯结晶器内钢水流动的3种模式,探讨了结晶器内钢水流动模式对铸坯质量的影响,分析了拉速、水口（SEN）形状和插入深度、吹氩量和铸坯宽度对板坯结晶器内钢水流动模式的影响。     

连铸中间包钢水的清洁度

针对宝山钢铁（集团）公司６０ｔ中间包，通过系统取样，研究了钢水流动控制、覆盖剂、内衬材质及保护浇注对中间包钢水清洁度的影响。结果表明，在中间包适当位置使用挡墙、坝和过滤器有利于促进夹杂物的去除；使用高碱度、低ＳｉＯ２的覆盖剂及ＭｇＯ－ＣａＯ质内衬有利于改善钢水的清洁度；长水口保护浇注可使钢水中吸氮量降至（３～５）×１０－４％。同时，运用Ｋ—ε双方程模型计算了中间包三维流场，从数学模型上分析了中间包流动控制装置对去除夹杂物的影响，为进一步提高中间包钢水清洁度提供了依据。     

板坯连铸内外复合冷却流场和温度场耦合数值模拟

 针对1 240 mm×200 mm板坯连铸提出了一种钢水内外复合冷却技术，即在结晶器内设置内冷却器 U形管，起到提高传热效率改善铸坯内部组织之目的。运用流体力学分析软件，就内外复合冷却结晶器内钢水在流场温度场耦合作用下的凝固状况进行数值模拟，发现内冷却器可以使钢水的流动状态均匀和加快连铸坯的凝固速度。     

大方坯径向水口旋流效应及其对凝固的影响

通过改变水口侧孔钢水流动方向可以控制结晶器内钢水流动与换热。采用流体动力学与凝固模拟方法对比研究了浸入式四分径向水口不同出流方向对大方坯连铸结晶器内流动、传热和凝固行为的影响。结果表明,侧孔方向对浇注过程结晶器内钢水的流动与凝固行为有显著影响。当水口侧孔水平旋转角度为30°时,结晶器内形成较好的水平旋流,可以有效降低侧孔出流钢水对坯壳的冲刷作用,并有利于结晶器内自由液面过热度的提高。比较不同侧孔出流角度发现,利用普通径向四分水口在一定安装角度下的旋流效应不仅对于初生坯壳的均匀生长以及自由液面的冶金效果产生有利影响,还可能在不改变水口结构条件下获得类似结晶器电磁搅拌的旋流效应。     

90年代板坯连铸技术发展趋势

提高连铸机生产率，改善连铸坯质量以及采用热送热装和直接轧制工工艺是９０年代板坯连铸技术发展的目标。采用的新技术包括中间罐冶金，中间罐快速更换，结晶器内钢水流动控制，轻压下等工艺。     

X形浸入式水口对结晶器内钢水流动影响的数值模拟

应用粘性流体力学的基本原理,釆用专业流体力学软件FLUENT对160mmx160mm方坯连铸X 形浸入式水口对结晶器内钢水流动的影响进行数值模拟,验证了 X形浸入式水口浇注时,通过两块半椭圆形 导流板上、下平面与倒锥形圆筒内腔围成的螺旋形导流通道的导向作用,使钢水以涡流形式进入到结晶器,能 有效减轻钢水的冲击深度,有利于夹杂物、气泡聚集升浮和提高连铸效率。     

连铸中间包内钢水夹杂物运动行为的数学模拟

在连铸中间包中钢水流动、混合及停留状况仿真计算的基础上，通过对中间包钢水中夹杂物运动行为的数学模拟，研究了探讨了夹杂物碰撞长大、上浮排除以及被耐炎材料墙壁粘结吸附等现象。结果发现：中间包钢水中夹杂物的排除与钢水平均停留时间有密切关系，其中上浮排除的夹杂物约占排除总量的90％。另外，大颗粒夹杂物比小颗粒夹杂物容易排除，而且夹杂物能够在钢水流经中间包过程中长大，但中间包钢水流动所提供的湍动条件对夹杂物长大的促进作用不充分。     

转炉-精炼-连铸过程钢中氧的控制

结合近年来的文献和笔者的研究工作,概要论述了转炉—精炼—连铸过程中钢洁净度(以总氧含量T[O]表示)的控制及夹杂物对产品质量的影响。提高钢的洁净度应从产生夹杂物的源头抓起,尽可能降低转炉终点氧含量。根据生产统计数据,建立了转炉终点氧预报模型。介绍了硅镇静钢、硅铝镇静钢、铝镇静钢三种脱氧模式及脱氧产物的控制方法。采用钢包精炼方法把夹杂物消灭在钢水进入结晶器之前是获得“干净”钢水的关键。介绍了RH、LF、中间包钢水总氧预报模型。介绍了在连铸过程中防止钢水再污染和进一步去除夹杂物的措施。