连铸机结晶器流场与温度场和夹杂物排除数理模拟

以板坯连铸机结晶器为研究对象,采用数值模拟和水模试验相结合的研究方法,模拟了两种水口浇注条件下结晶器内温度、速度场分布以及钢中夹杂物上浮排除状况.试验发现,原有水口存在上循环弱、热交换慢、保护渣融化不均匀等缺点是铸坯出现表面纵裂纹和夹杂物上浮排除困难的主要原因;而新水口增强了结晶器内上循环速度,促进了钢中夹杂物的上浮.工业大生产应用结果表明,新水口能明显地降低板坯表面纵裂纹和改善铸坯洁净度.     

亚包晶钢板坯纵裂成因与浸入式水口改型

针对某厂连铸机浇注亚包晶钢板坯表面纵裂纹发生率较高的问题,分析了双侧孔浸入式水口对裂纹形成的影响。在此基础上对浸入式水口结构进行优化,开发了新型浸入式水口。通过模拟研究和生产应用分析,对比了双侧孔浸入式水口与新型浸入式水口结构的差异以及两者对结晶器内流场和温度场的影响。结果表明,采用双侧孔水口浇注时,结晶器钢液流场和温度场分布不合理,导致结晶器内液渣层厚度不均匀,尤其是水口与结晶器壁之间位置液渣层厚度偏薄,从而诱发了板坯表面纵裂纹缺陷的大量发生,纵裂纹集中在板坯宽面中心400 mm范围,裂纹长度50～1 200 mm,深度2～12 mm;采用新型浸入式水口更有利于水口与结晶器壁间钢液流动,增加水口出入口钢液束流能力,使结晶器内钢液流场对称、温度场分布均匀、液渣层厚度均匀增加,亚包晶钢板坯表面纵裂纹改善显著,表面纵裂纹发生率由10.9%降低至1.5%。     

连铸生产Mn13板坯表面纵裂控制

针对Mn13钢种在板坯连铸生产时发生表面纵裂纹缺陷的问题,结合Mn13材料凝固的特点,在工业生产中对浇铸过热度、拉速、水口对中、水口插入深度等工艺参数进行摸索,优化了保护渣化渣条件,保证了液渣在弯月面的均匀流入,改善了结晶器润滑与铸坯传热,控制了初生坯壳生长的均匀性,从而解决了Mn13板坯的表面纵裂纹缺陷,实现了Mn13的板坯多炉连铸生产,提高了铸坯合格率,由50％以下提高到96％.     

宽板坯表面纵裂纹的探索分析

重点分析了影响宽板坯表面纵裂纹的主要因素和各种因素间的相互作用,同时结合现场宽板坯的实际生产特点,主要从钢水质量、保护渣、水口浸入深度、结晶器、一次冷却、拉速等方面对工艺条件进行了优化,并取得了较好的控制效果。分析认为:生产宽板坯时,钢水w([S])控制在0.01%以下,同时尽量避开包晶区;保护渣液渣层大于10 mm,渣耗稳定在0.5~0.7 kg/t;水口浸入深度为110~150 mm;钢水过热度为15~25℃,拉速稳定在1.1~1.20 m/min;结晶器铜板厚度大于38 mm,锥度控制在1.0%~1.2%,进出水温差控制在7~9℃时,可有效抑制宽板坯表面纵裂纹。     

宽板坯连铸工艺优化与铸坯质量

结合实际生产,对宽厚板坯表面横裂纹、纵裂纹、氩气泡疤产生的原因进行了机理性分析。提出了消除宽板坯表面质量缺陷的具体措施。采用较弱的二冷配水,适当高的拉坯速度及矫直温度等,有助于降低表面横裂纹缺陷;采用较低且稳定的拉坯速度,低的吹氩量及水口浸入深度,有助于降低表面氩气泡疤缺陷;结晶器采用缓冷工艺,保持较小的液面波动等可有效防止铸坯表面纵裂纹的发生。     

包晶钢Q235B表面纵裂原因分析

针对包晶钢连铸生产时易出现表面纵裂这一问题,结合现场生产实际情况,通过对生产数据的统计,详细分析了钢水成分、结晶器水冷却强度、浸入式水口插入深度、保护渣、拉速等对连铸板坯表面纵裂纹产生的影响,并提出相应的解决办法,使板坯表面纵裂纹的发生控制在0．05％以下,提高板坯表面质量。     

特大圆坯连铸用新型浸入式水口的设计与研究

 针对特大截面圆坯连续浇铸的特点,基于依靠浸入式水口自身结构减小钢流冲击深度,同时保证流动与传热沿周向分布均匀的思想,首次提出了新型浸入式伞形水口设计方案,并建立了结晶器内钢水的流-热-固耦合模型,对钢水的流动、传热和凝固行为进行了数值耦合模拟分析,验证了此水口的优越性与合理性：伞形水口的射流在结晶器内形成上下两个回流区,不仅有利于夹杂物、气体等的上浮分离,还能有效降低钢流冲击深度,使过热钢液均匀分布在结晶器上部,可提高弯月面温度和化渣效果;沿周向凝壳生长均匀,减轻了纵裂纹的萌生概率;在0.35m/min拉速下,出结晶器凝壳厚度达到31.2mm,满足安全生产要求。     

舞钢连铸坯表面纵裂产生原因初探

主要分析了舞钢连铸板坯表面纵裂纹产生的原因,同时从稳定拉速、控制结晶器冷却、二冷水弱冷、浸入式水口优化、保护渣的使用和首炉纵裂控制等方面着手,制定相应的预防措施,最终减少了连铸坯表面纵裂纹的发生几率.     

连铸板坯表面纵裂纹原因分析及控制措施

通过对济钢第三炼钢厂连铸工艺环节的分析,认为引起板坯纵裂纹的主要原因是钢水成分和质量、浸入式水口的尺寸及浸入深度、结晶器冷却强度、保护渣性能及其吸收夹杂物后成分和性能变化等.通过采取措施使板坯的表面纵裂纹得到有效的控制,纵裂纹发生率由1.86%控制到0.65%左右.     

420mm×1100mm板坯连铸结晶器吹氩对流场和温度场影响的数值模拟

利用FLUENT软件计算了不吹氩时420 mm×1100 mm板坯连铸结晶器中心面、水口液面、出口处钢液流场和温度场,并计算了吹氩时结晶器钢液流场的分布特征,优化得出结晶器最佳吹氩量为3 L/min。现场试验表明,吹氩后结晶器内液渣层分布合理,钢流循环较好,液面较稳定,铸坯裂纹报废率降低15%。     

SEN底部形状对结晶器内钢液流场和温度场的影响

针对某钢厂板坯连铸结晶器及浸入式水口(SEN)的结构参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,应用FLUENT软件对结晶器内钢液的流场和温度场进行耦合计算,分析SEN底部形状对结晶器内流场和温度场的影响,并利用水模试验对钢液的流动行为进行了验证。结果表明:凸底水口出口附近钢液的速度较大,流股的冲击深度较大,使结晶器内高温区下移,不利于凝固坯壳的生长;平底水口自由面速度较大、温度较高,有利于保护渣的熔化,但易产生液面裸露现象;凹底自由面速度较小、温度较低,有利于液面稳定。     

Effect of electromagnetic stirring on flow field in mold under submerged entry nozzle clogging

A physical model with mercury as analog was developed to investigate the influences of electromagnetic stirring( EMS) on flow field in slab continuous casting when the submerged entry nozzle( SEN) was clogged with different clogging rates( 0,10%,25%,and 50%). The flow field in mold under different EMS currents( 0,40 A,and 60 A) was measured by an ultrasonic Doppler velocimeter. The results proved that the flow field in the mold was a typical double roll structure under non-clogging SEN. As the SEN clogging rate increased,the flow field structure was transformed from a double roll to asymmetry flow. When the clogging rate reached 50%,the up circulation disappeared on the clogged side. The zone under the meniscus near the narrow face was a non-flowing area. EMS could correct bias flowcaused by SEN clogging and improve the symmetry of the flow field during SEN clogging.     

马钢圆坯结晶器水口改型流场和温度场的数值模拟

生产实践表明,直通式水口对钢水夹杂物上浮、结晶器液面钢水温度补偿,铸坯初生坯壳的形成等有一定的负面影响。利用CFX5．7．1数值模拟软件研究了采用原直通型水口和侧开孔型水口时结晶器内流场和温度场的分布情况,分析了不同流场和温度场对钢水夹杂物上浮、结晶器液面钢水温度补偿、结晶器液面波动以及对结晶器内初生坯壳的影响。结果表明,采用侧开孔型水口时结晶器内流场和温度场分布更为合理,直通型水口改为侧开孔水口可行。     

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.     

Simulation on Effect of Divergent Angle of Submerged Entry Nozzle on Flow and Temperature Fields in Round Billet Mold in Electromagnetic Swirling Continuous Casting Process简

A new process for swirling flow generation in the submerged entry nozzle （SEN） in continuous casting process of steel was proposed. A rotating electromagnetic field was set up around the SEN to induce swirling flow by Lorentz force. The flow and temperature fields in the SEN and round billet mold with electromagnetic swirling were numerically simulated and then verified by the electromagnetic swirling model experiment of low melting point alloy. The effects of divergent angle of the SEN on the flow and temperature fields in mold with electromagnetic swirling were investigated. The electromagnetic swirling flow generator （EMSFG） could effectively induce swirling flow of molten steel in the SEN, which consequently improved greatly the flow and temperature fields in the mold. Below the nozzle outlet in mold, with the increase of divergent angle, the stream of bulk flow diverged more widely, the high temperature zone shifted up, and the temperature field became more uniform. Above the nozzle outlet in mold, with 350 A electromagnetic swirling, when the divergent angle of the SEN increased, the upward flow velocity and the meniscus temperature first increased and then decreased. With a divergent angle of 60~, the upward flow velocity and meniscus temperature reaced the largest value.     

大方坯连铸结晶器内钢水流场的数值模拟

 采用数值模拟的方法对大方坯结晶器内钢水流动过程进行了理论计算和分析，评估了浸入式水口结构对结晶器综合冶金效果的影响，并讨论了有关工艺参数与浸入式水口结构参数的关系。结果表明，浸入式水口结构及其工艺参数对结晶器内钢水流场分布及湍流粘度分布影响显著。     

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.      

宽板坯结晶器浸入式水口结构优化的数值模拟

以某钢厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用商业软件PHOENICS建立一个三维有限差分模型,模拟宽板坯连铸结晶器内钢液的流动分布.通过分析水口底型、倾角、插入深度等工艺参数对钢液面波动、流股对结晶器窄面的冲击力及涡心高度的影响,得出适用于宽规格结晶器的合理的浸入式水口.通过研究,为优化宽板坯结晶器内钢液的流场及浸入式水口的设计提供了科学依据.