滑板水口对板坯连铸中流场及夹杂物去除的影响

为研究水口堵塞对结晶器流场以及夹杂物去除的影响,引入滑动水口模拟实现水口部分堵塞,在水口滑板的开启方向垂直于结晶器宽面的条件下,针对板坯连铸结晶器内流场及固体夹杂物的去除率进行数值模拟。结果显示:在滑板不完全开启时,水口内钢液呈明显偏流,在滑板下方区域中有回流区,并在水口底端形成单侧撞击流,使水口的出流钢液呈旋转状流态。随钢液注流进入结晶器的夹杂物颗粒的去除率(上浮率)随其粒径增大而升高,对粒径达到0.5 mm以上者可完全去除。模拟结果显示:滑板在最佳开启率时,可有效提高夹杂物颗粒的去除率。     

流动控制结晶器内磁场和吹氩对夹杂物粒子群运动的影响

利用数学模型求解包含电磁力项的Navier-Stokes方程得到流场的速度分布，以流场为基础，建立夹杂物粒子群运动的计算模型，利用水模型实验检验单一球体运动轨迹的计算结果。没有磁场作用时，所有粒子分两组分别进入上下回旋区作螺旋线运动，部分粒子在回流区内作螺旋线运动后又进入水口射流区，然后再进入反向回流区，处于上部回流区的夹杂物具有去除的可能性，吹入氩气能增加夹杂物粒子进入上部回流区的机会，从而提高夹杂物粒子的去除率，施加磁场后，夹杂物粒子的螺旋运动消失，同时粒子的运动速度明显降低，吹入氩气和施加磁场两者均能有效地控制夹杂物粒子群的运动。     

浸入式水口结构对大方坯结晶器内夹杂物运动的影响

通过建立大方坯结晶器内钢液流动、传热、凝固和夹杂物运动耦合模型,研究了浸入式水口结构对结晶器内钢液流动和夹杂物运动的影响,比较了5种不同孔数的水口对应的夹杂物上浮、下沉以及坯壳吸附的比率和速率.研究结果表明:浸入式水口的结构很大程度上决定了结晶器内钢液的流动方式,进而决定了小颗粒夹杂物的运动轨迹.从水口底孔出来的射流中向上回流至液面部分的流股以及从侧孔出来的射流形成的螺旋上升的流股是促进夹杂物上浮的主要动力.只含侧孔的四孔型和双孔型水口在夹杂物去除方面能力最强,对于50 μm的小颗粒夹杂物去除率分别为25％和17％;而带底孔的水口(包括单孔型、三孔型和五孔型水口)去除率基本在10％以下.此外,对于含底孔的水口,铸坯内部夹杂物相对较多,而对于只含侧孔的水口,铸坯表面附近夹杂物相对较多.     

内置式搅拌磁场对连铸空心铸坯内夹杂物分布影响

耦合求解了电磁场方程以及夹杂物守恒方程,考虑了夹杂物间的湍流碰撞以及斯托克斯碰撞,计算获得了拉速以及行波式电磁搅拌对结晶器内夹杂物分布的影响规律。结果表明,结晶器内夹杂物的运动规律与钢液的流动状态密切相关,拉速越大,钢液的浸入深度越深,则结晶器出口处夹杂物的数量越多,夹杂物的尺寸越小。施加行波式搅拌磁场可以使钢液流动加强,并减小钢液的浸入深度,有利于夹杂物的聚集长大上浮,结晶器内夹杂物的尺寸较大,但数量减少。因此,在连铸空心管坯内部施加搅拌磁场有利于去除钢中夹杂物,从而改善连铸空心管坯的质量。     

连铸薄板坯结晶器内夹杂物运动的模拟研究

采用水模拟和数值模拟相结合的方法分析了连铸薄板坯结晶器内夹杂物的运动状况。通过Proanalyst软件分析高速显微摄像仪拍摄的夹杂物运动图,获得了夹杂物在结晶器内的运动路径;同时,采用拉格朗日法计算获得了结晶器内夹杂物的运动路径,将二者相互对比,分析了拉速和浸入式水口深度对夹杂物运动轨迹的影响。结果表明:夹杂物在结晶器的运动轨迹复杂;拉速越小,浸入水口的深度越浅,夹杂物越容易在上回流区盘旋;拉速越大,浸入水口的深度越深,夹杂物容易在下回流区盘旋;增大夹杂物在结晶器内的停留时间有利于防止夹杂物进入铸坯内形成缺陷。     

连铸中间包长水口位置对流场和夹杂物去除率的影响

通过对中间包流动过程测速及选择空心玻璃微珠模拟夹杂物,对1∶2的6流连铸中间包进行水力学模拟试验,研究了长水口位置改变对中间包流场、RTD曲线以及对中间包内夹杂物去除率的影响。结果表明,长水口与6个出口连线的垂直距离由800mm增大到1 000mm时,中间包注流区流场变化不大,活塞流体积增大,夹杂物去除率增大了28.76%,提高了中间包的冶金效果。     

电磁制动下连铸结晶器内气泡行为物理模拟

在板坯连铸过程中由于水口吹氩,结晶器内的流场本质上是一个气-液两相流,如何通过磁场等手段优化结晶器内的流场结构改善铸坯质量,是个非常重要的问题。利用水银和氮气作为模拟介质,采用电阻探针研究气泡在结晶器内有、无磁场条件下的统计规律。实验表明,施加磁场后,水口附近的气泡占空比和气泡数量明显增加,减少了结晶器窄面附近的气泡分布。同样气体流量下,施加磁场后气泡占空比总和与无磁场条件下相比明显要大。     

塞棒抖动对浸入式水口流场的影响

连铸浇铸过程中采用塞棒控流,存在塞棒抖动影响浸入式水口流场的问题。利用水模拟的方法,研究塞棒开启高度、浸入式水口插入结晶器深度对浸入式水口内流场的影响。实验结果表明：塞棒开启高度为5、10 mm时,浸入式水口内流速分布不均匀,受塞棒抖动影响较大;塞棒开启高度为15、20 mm时,浸入式水口内流速分布比较均匀,受塞棒抖动影响较小;浸入式水口插入结晶器深度为100、150 mm时,浸入式水口内流速分布不均匀,受塞棒抖动影响较大;插入深度200、250 mm时,流速分布比较均匀,受塞棒抖动影响较小;塞棒开启高度越高、水口插入结晶器深度越大,水口流速越均匀,受塞棒抖动影响越小。均匀稳定的水口流场有利于减少水口结瘤和塞棒侵蚀。     

底吹氩中间罐夹杂物运动行为的数模研究

采用欧拉一拉格朗日随机轨道模型及Monte-Carlo法,利用CFD软件,对中间罐内夹杂物颗粒运动轨迹及去除率进行了数值模拟研究.计算结果表明:中间罐底吹氩技术,可以有效促进夹杂物的去除,特别是50μm小颗粒夹杂物去除率显著增加;吹气量及吹气位置对底吹氩中间罐内夹杂物颗粒去除率有重要影响,当吹气量为0.90m3/h,吹气位置距离中间罐入口中心1600mm时,夹杂物总去除率最高.     

静磁场对吹氩结晶器内弯月面行为的影响

用Pb-Sn-Bi液态合金模拟了吹氩和施加静磁场时结晶器内弯月面处的流动现象,观察磁场对吹氩引起的弯月面失稳的抑制作用.结果表明,施加磁场改变了Ar气泡通过弯月面的漂浮分布规律,加强了气泡在水口和窄面之间的漂浮,使Ar气泡在结晶器宽度方向上漂浮分布更均匀,减小了水口附近由于大量气泡上浮对液面的扰动.施加0.5 T磁场能对水口出流以及吹氩所产生的液面波动产生抑制作用.由相似准则推得,应用在实际连铸机上抑制吹氩板坯连铸结晶器内液面波动的合适磁场强度为0.36 T.     

中间包双板多孔挡墙流动控制去除夹杂物效果的模拟研究

为净化钢液、提高夹杂物在中间包内的上浮率,提出一种新型中间包挡墙流动控制形式——双板多孔挡场流动控制通过数值模拟方法结合水模型实验,对中间包内流体流动及夹杂物的传输行为进行了分析研究．结果表明,采用多孔挡场流动控制可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水清洁度     

连接盘压铸模设计

介绍连接盘压铸模的设计方案,浇注系统采用U型浇口,缩短了填充时间,避免填充过程中排气不畅的问题,冷却系统采用可控式点冷却控制模具温度,以提高铸件质量,上滑块采用压块结构,左、右滑块采用前锥套结构能精确定位,有效保证了压铸生产过程中滑块机构的稳定性。     

连铸中间包中夹杂物聚合与去除的数学模型

在Euler(流场)-Lagrange(颗粒)框架下，提出了一个夹杂物运动、聚合和去除耦合的统计模型，运用此模型数值计算了连铸中间包的三维流场，对夹杂物的行为进行了Monta-Carlo模拟,计算结果显示，20，40和60μm夹杂物的总去除效率约为20％，36％和75％，其中壁面吸附的贡献占1／6—1／4，受中间包实际条件的限制，夹杂物的碰撞长大并不显著。     

连铸中间包水口堵塞的数值模拟

采用数值模拟方法研究了水口内钢水流场形态及各种因素对水口沉积速率的影响．模拟结果表明：滑板附近处以及水口底部的沉积比其它地方更为明显;吹氩量对水口内的压力存在较大的影响,压力在滑动水口处存在突降;滑动水口开度为66．45％时,浇铸速度为1．2m／min的情况下,要防止吸气,最小吹氩量必须大于10L／min．Al2O3的沉积速率与其浓度成线性增加关系;随着浇铸速度的提高,沉积速率也逐步增大．在吹氩量合适的范围内,吹氩能够降低沉积速率．对于同一拉速,5和30L／min的吹氩量对降低沉积速率的效果相近．     

Si-Ca-Ba合金在熔炼软磁合金1JHA1中的应用

就软磁合金1JHA1在非真空熔炼（AIM）中，使用Si—Ca合金和Si-Ca-Ba合金作为终脱氧剂，并作非金属夹杂物变性处理进行了研究。结果显示，与使用Si—Ca合金相比，使用Si—Ca—Ba合金作终脱氧剂可以使合金中气体含量较低，非金属夹杂物含量显著降低，达到0．5级以下，并且残余的夹杂物形态得到球化，分布更均匀，合金磁性能较高，金相组织较均匀。     

过滤控流中间包流场及夹杂物去除的数值模拟

以60 t板坯连铸中间包为研究对象,采用雷诺平均方程、组分输送以及离散相模型分别计算了高拉速下中间包内钢液流场特征演变以及夹杂物运动轨迹和去除率。结果表明,采用多孔过滤控流装置后,10 μm的小夹杂物去除率提升了10%以上。与45°倾角过滤器中间包相比,55°倾角过滤器中间包的夹杂物去除率增加约5.3%,其顶部孔为水平方向,减小了卷渣与钢液裸露的风险。通过RTD曲线获得多孔过滤控流中间包的钢液停留时间缩短了30~50 s、死区体积比增加0.03%,但夹杂物去除率明显提高。因此,采用停留时间、死区体积比等宏观流场特征参数评估中间包内夹杂物去除效率的方法已不适应过滤控流装置中间包的开发研究,宜采用速度云图、夹杂物运动轨迹等微观分析方法评估其冶金效果。     

流动液体中夹杂物超声去除的影响因素

以高密度聚乙烯（HDPE）颗粒和水形成的悬浮液为研究体系。考察了有无超声波作用下。介质流量、夹杂物数量以及夹杂物的粒径对总去除率、上浮去除率、壁面粘附去除率的影响。实验结果表明，在短时间内（30s)超声波对流动液体中的夹杂物具有明显的去除效果。总去除率达93％。夹杂物的总去除率随着超声波输入电功率的增大而提高；超声波对较多数量或较大粒径的夹杂物去除效果更显著。超声波作用下流动液体中的夹杂物比静止液体中的更容易去除。超声波对流动液体中夹杂物去除效果的去除机理主要是通过气泡捕获夹杂物，超声空化效应产生直接包裹夹杂物的气泡以及通过夹杂物碰撞凝聚使夹杂物容易上浮实现去除。     

不锈钢连铸中间包内夹杂物去除行为数值模拟

针对中间包连铸过程中夹杂物的存在易导致铸坯出现质量缺陷的问题,以不锈钢连铸中间包为研究对象,通过数值模拟方法研究了控流装置、夹杂物密度以及夹杂物尺寸等参数对中间包内夹杂物去除行为的影响规律。研究结果表明,在设置堰坝和湍流控制器中间包内,密度为2 700 kg/m3,粒径为5 μm的夹杂物去除率为63.32%,而150 μm的大尺寸夹杂物去除率可达到89.04%。当夹杂物粒径为10~50 μm,密度为2 700~4 500 kg/m3时,夹杂物密度对夹杂物去除率影响较小。无控流装置中间包时,夹杂物在顶渣层呈以中心纵截面对称的分布;设置堰坝中间包时,挡渣堰坝两侧出现了70 μm以上夹杂物密集区;设置堰坝组合湍流控制器中间包时,夹杂物主要被限制在中间包第一腔室自由液面,研究结果对于进一步发挥不锈钢连铸过程中的中间包冶金功能具有指导意义。