立式连铸结晶器浸入式水口结构优化

为优化立式板坯连铸结晶器浸入式水口结构,采用1∶1的水模型和基于Fluent软件的数值模拟,试验研究了浸入式水口的中孔内腔形状(圆形、扁形)、水口底部形状(凸形、凹形)、水口倾角(+5°、+10°、+15°)及水口侧孔面积对结晶器内流场的影响。结果表明:中孔内腔为扁形、水口底部为凹形、水口侧孔倾角均向上时,侧孔向上倾角10°的水口结构有利于优化结晶器流场,保持结晶器液面合理波动,降低发生卷渣的概率。此外,增大水口侧孔面积有利于减小液面波动,但会导致水口侧孔上方的回流区范围扩大,降低水口的有效利用率。     

板坯连铸结晶器浸入式水口结构研究

在实验室条件下,基于某厂实际水口结构及生产状况重新设计了4种不同结构的浸入式水口,然后采用1∶1的水模型对该厂600 mm×170 mm断面板坯连铸结晶器的流场特征进行试验,通过对比分析不同拉速下采用不同结构浸入式水口时结晶器内钢液的流场特征的变化情况,从而优选出适合该厂的浸入式水口结构。研究表明,在拉速≤1.6 m/min时,采用底部形状为凸底、出口倾角18°、侧出孔尺寸为40 mm×60 mm的椭圆形水口,结晶器内流场最为理想,即为最优水口结构。     

板坯连铸结晶器内钢液的三维流场数值模拟

采用数值模拟的方法,建立了描述某厂结晶器内钢液流动的数学模型;用有限体积法求解,研究了结晶器内的钢液流动行为,详细分析了结晶器浸入式水口(SEN)插入深度、侧孔倾角和拉速对结晶器内钢液流场的影响.得出了适合该厂连铸工艺条件的浸入式水口形式和拉坯速度,即水口合理的出口倾角应为向下15°左右;在水口结构一定条件下,水口插入深度140～170mm比较适宜;合理的拉速应控制在1.4～2.0m/min.     

薄板坯高拉速浸入式水口研究与优化

为了满足薄板坯连铸工艺高拉速对结晶器流场和温度场的要求,对浸入式水口的结构进行了研究。通过数值模拟研究,对薄板坯连铸浸入式水口进行了优化,优化后的新型浸入式水口可以获得高拉速状况下稳定的结晶器流场和温度场。同时对新型浸入式水口进行了水模分析,验证了数值模拟结果的有效性。现场试验新型浸入式水口,发现结晶器液面平稳、热相图稳定,板卷质量良好,铸机拉速较原水口提高22%。     

板坯连铸结晶器浸入式水口结构优化

针对断面为180×730 mm~2板坯结晶器液面波动较剧烈,易产生卷渣等问题,基于物理模拟和数值模拟对结晶器内钢液表面流速、液面波动和钢水凝固状况等复杂物理现象进行了研究;对拉速和浸入式水口的角度与底部结构进行了设计和优化,并通过物理模拟和数值模拟进行了验证。结果表明,倾角为20°、浸入式水口的底部结构为凹底30 mm,拉速为0.9～1.0 m/min,结晶器表面流速在0.18 m/s以下,液面波动较为平稳。     

电磁制动下薄板坯结晶器内钢液流动优化

电磁制动对结晶器内钢液流动具有显著影响,为明确电磁力对高拉速薄板坯结晶器内流场分布的影响规律,建立了薄板坯电磁连铸结晶器内钢液流动的三维数学模型,利用数值计算方法研究磁场与流场耦合对钢液的流动影响。模拟结果表明,五段式电磁制动技术产生的恒稳磁场可以显著抑制钢液湍流流动,降低弯月面波动,且具有稳定钢渣界面的作用;通过研究高拉速与制动力的产生关系,揭示了由线圈产生的磁感应强度与不同拉速的匹配程度。     

独立可调式组合电磁制动分析

为了有效控制高拉速板坯结晶器内钢液流动和复杂多相流行为,介绍了一种新型的独立可调式组合电磁制动技术(FAC-EMBr)。采用数值模拟方法对FAC-EMBr结晶器内的电磁场特性和新型磁场控流行为进行研究。数值模拟结果表明,FAC-EMBr的施加可以在结晶器的上、下回流区和弯月面区域形成均匀分布的磁场,进而对3个主要区域内钢液流动进行控制;水平磁极和立式磁极的共同作用可以显著降低钢液射流对结晶器窄面冲击强度,减小上回流和下回流钢液流速;与未施加电磁制动和施加EMBr ruler相比,施加FAC-EMBr后,弯月面波高降低至14.5 mm,即使在高拉速条件下(2.2 m/min),FAC-EMBr的施加也可达到有效的控流效果。     

大方坯连铸结晶器水口优化模拟探究

为了研究不同浸入式水口类型对结晶器内流场流动的影响,以结晶器水口优化为出发点,利用物理模拟和数值模拟两种手段对断面280 mm×380 mm大方坯结晶器不同水口开展优化研究。本研究首先构建了一个1∶1结晶器水模拟试验装置,实现不同浸入式水口下的连铸流动模拟,利用PIV测量了不同水口下的结晶器截面流场,然后利用Fluent软件进一步研究了浸入式水口开孔角度、开孔数目、安装角度等参数变化对结晶器内流场以及液面波动的影响。物理模拟和数值模拟研究表明,开孔角度向上时,波动范围大于5 mm;开孔角度水平时,对窄面冲击速度过大,达到0.35 m/s;较双孔水口,四孔水口液面速度为0.22 m/s,小于卷渣临界速度值;水口安装角度改为对角线时,强化了内流场角部流动,整个流场流动更加稳定。     

304不锈钢板坯浸入式水口形状对铸坯凝固组织的影响

研究运用冷酸蚀低倍检验的方法对304不锈钢180 mm×1 240 mm连铸板坯进行低倍检验,分析研究了连铸坯内部缺陷以及凝固组织信息。通过数值模拟和物理模拟研究了连铸结晶器以及浸入式水口的内部流场特征,并研究了不同形状的浸入式水口对连铸坯凝固组织的影响,在此基础上对原型浸入式水口进行优化,提出优化水口。结果表明：原型浸入式水口出钢口钢液发生严重的非稳态旋转,结晶器内部流场不对称,连铸坯组织柱状晶倾斜严重;最优化水口结构维持原水口凹形底部结构,但水口出口形状改为矩形,向上倾角为5°。     

宽厚板坯连铸结晶器内的钢液流场的数值模拟

基于流体力学的基本理论,针对连铸结晶器的结构和工艺参数,利用商业软件fluent的k-ε湍流模型,实现了对结晶器内钢液流场的三维数学模拟。重点分析了浸入式水口的插入深度、水口侧孔倾角以及拉速等工艺参数对结晶器钢液流场的影响。结果表明：对于断面为2300mm×250mm的板坯结晶器,水口插入深度为150mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1.2m/min时,结晶器内的流场较好。数值模拟结果可为宽厚板坯连铸结晶器确定合理工艺参数提供理论依据。     

1 600 mm×230 mm板坯结晶器流场及液面波动水模拟研究

以某厂1 600 mm×230 mm的板坯结晶器为研究对象,利用相似原理,建立1：2的物理模型,采用波高检测、粒子示踪等方法,研究了不同水口底部形状、浸入深度以及拉速对结晶器流场和液面波动的影响。试验结果表明：采用凸底浸入式水口,拉速为1.1 m/min,浸入深度为220 mm或260 mm时,结晶器液面波动幅度和注流冲击深度较低,无卷渣现象发生。     

水口吹氩工艺条件下连铸结晶器内钢液流动行为的模拟和优化

采用冷态物理模拟方法研究了在吹氩工艺条件下板坯连铸结晶器内钢液的流动行为,考察了水口吹气量、水口插入深度和拉速等参数对连铸结晶器内钢液流动行为的影响,并在此基础上进行了优化设计.实验结果表明:在本实验条件下,当拉速大于0.8m/min时,水口吹气量可选择为4～6 L/min,水口插入深度可选择为180～200 mm.     

水口结构对超宽板坯连铸结晶器内流场和温度场的影响

建立了超宽板坯结晶器两相热流耦合模型,对比计算了4孔和5孔的浸入式水口与传统二分式水口结晶器内钢液流动和温度分布情况,重点比较了采用3种水口结晶器内自由液面波动情况和该处钢液的流动与传热行为以及结晶器出口处钢液温度分布情况。研究表明,对于超宽板坯连铸结晶器,5孔水口和4孔水口结晶器的流动和传热行为都优于传统二分式水口,而且5孔水口结晶器出口处的温度分布更有利于铸坯凝固,改善中心偏析。     

小方坯连铸6.0 m/min高拉速技术改善与生产实践

高拉速是小方坯连铸机螺纹钢实现低成本且绿色化生产的必要条件，是连铸整体技术进步的体现。福建三钢二炼钢3号小方坯连铸机经高效化改造，160 mm×160 mm断面螺纹钢拉速达到6.0 m/min的能力，生产过程拉速提高到4.1 m/min时发生漏钢以及铸坯拉断事故。综合采用调研及追溯等手段分析引起漏钢事故的机理及影响因素，发现结晶器振动工艺、浸入式水口插入深度及保护渣性能参数是引起漏钢的主要因素，从机理和模型角度研究了3个因素对漏钢定性和定量化影响规律。结果表明，在结晶器均匀强冷已实现条件下结晶器润滑状态对高拉速的稳定生产有决定性影响，合适的振动工艺是其限制性因素。采用优化后的结晶器振动工艺(脱模平均速率大于20 mm/s)、保护渣(碱度0.9、熔点1 020℃、黏度0.23 Pa·s)以及浸入式水口插入深度(120 mm),160 mm×160 mm断面小方坯螺纹钢拉速从4.1 m/min最终提高到6 m/min且未发生漏钢事故。     

板坯连铸结晶器内钢液过热消除过程的数值模拟

利用数值模拟方法研究了连铸结晶器内钢液的三维温度分布和传热,分析了水口浸入深度、水口侧孔倾角、结晶器宽度、拉速、钢液过热度、吹Ar、电磁制动及吹Ar量和电流强度等对结晶器内过热钢液的温度分布和传热的影响.结果表明,凝固坯壳前沿的最大热量传入处出现在结晶器窄面的钢液冲击点附近,钢液的大部分过热耗散发生在这一区域附近;过热钢液传递到凝固坯壳表面的热流量与拉速和过热度的增加成正比;吹Ar导致结晶器窄面冲击区域和宽面上部区域的热流密度增加;电磁制动有利于提高结晶器上部区域的温度,但对热流密度分布没有明显影响;吹Ar和电磁制动的双重作用使结晶器上部区域的宽面热流密度提高,冲击区域的热流密度分布没有明显变化.     

水口结构对板坯结晶器液面流动行为的影响

针对不锈钢板坯轧材经常出现的夹渣和表面翘皮现象,以实际生产条件为背景,对其连铸结晶器内钢液流动行为与水口工艺的相关性进行了试验研究。基于相似原理建立了相似比0.65∶1的物理模型,对不同浸入式水口结构和浇注工艺参数下的结晶器液面状态进行了流体动力学行为评价与比较优化。其中,主要研究了拉速、浸入深度、水口倾孔倾角(4°、8°、15°)、侧孔形状(矩形、倒梯形)等对结晶器内液面波动和表面流速的影响。结果表明,连铸拉速和水口浸入深度对液面波动的影响比水口结构显著;水口上倾角由4°增大到8°、15°,结晶器表面流速有减小趋势,但因流股冲击深度减小,导致在结晶器弯月面处的波高增大。综合表明,针对实际连铸拉速1.10 m/min的需要,其适宜的水口结构为倒梯形水口侧孔、上倾8°,其在水口浸入深度110~120 mm范围内,液面平均波高为1.1~1.2 mm,平均表面流速约为0.103 m/s。同时用数值模拟方法比较了优化方案和原方案,同样表明优化方案液面较平稳,剪切卷渣概率较低。     

板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动及流动行为的数值模拟

建立了板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动行为的三维数学模型,利用数值模拟方法研究了磁场与流场耦合作用下不同工艺参数和电磁参数对结晶器内钢/渣界面波动行为及流场的影响,通过VOF方法对不同条件下的钢/渣界面进行捕捉,讨论不同磁极位置、水口倾角、拉速及线圈电流强度对结晶器内钢/渣界面波动行为和流动的影响。模拟结果表明：电磁制动的施加可以显著降低钢/渣界面波高,减小射流对结晶器窄面的冲击。拉速和水口浸入深度恒定时,磁极位置和水口角度直接影响结晶器内流场形式：当[P＝]40 mm时,增加线圈电流可以降低结晶器内钢/渣界面波高和表面流速,从而减小由液面波动引发卷渣的概率;当磁极距离水口较远时[（P＝]80 mm）,随着线圈电流强度的增大,水口射流的冲击方向向上偏转,引起上回流的流动强度增强,导致钢/渣界面波高增加,增大卷渣发生的概率。     

薄板坯连铸高拉速技术研究

介绍了唐钢薄板坯连铸机实现高拉速的关键技术。通过对结晶器铜板冷却、结晶器液位检测及LQG控制、抗鼓肚模型、INMO结晶器振动台、高拉速浸入式水口、高拉速保护渣、扇形段非均匀辊列设计及二次冷却等技术的研究、优化和应用,使薄板坯连铸拉速达到6 m/min,并且结晶器液位稳定,铸坯合格率达到99.8%以上。     

板坯浸入式水口的优化

以某厂铸机断面为250mm×1 600mm的结晶器为研究对象,用物理模拟与数值模拟的方法进行研究,优化水口结构与工艺参数,以改善结晶器内钢液的流场分布。试验结果表明:优化的浸入式水口的结构参数为底部形状凹底、出口形状跑道形、出口倾角-10°、出口面积比2.233,结合现场生产实际建议浸入深度140mm、拉坯速度1.1m/min。     

宽断面板坯结晶器内钢水流动、传热和凝固过程的数值模拟

建立了求解宽断面板坯结晶器内的钢液流动、传热和凝固数学模型,研究了不同浸入式水口结构、铸坯宽度、铸坯厚度和拉速等工况条件下,宽断面板坯结晶器内的流动、传热和凝固行为。结果表明：随着铸坯的宽度从1 800 mm增加2 200 mm时,从浸入式水口侧孔出来的射流在结晶器下部的影响范围更广;宽断面结晶器中的浸入式水口结构对不同铸坯断面和拉速下的流动和凝固行为产生较大的影响;在生产中需根据宽断面结晶器的流动及传热特点进行水口结构及工艺参数的优化。