六流中间包钢液流动行为水模实验研究

课题源于中间包流场的改进,目的是净化中间包钢水以及改善钢水的温度分布.通过水力学模型进行模拟,实验表明影响六流中间包流场的导流孔的主次因素顺序为:导流孔孔径>导流孔倾角>导流孔高度.导流孔高度150ram、倾角30°、孔径25mm时流场最优.     

四流中间包流场影响因素分析与优化

采用正交试验法建立1∶2.5水力学模型,选取L12(22×31)混合正交表设计12组水模试验方案,对水模试验结果进行极差分析,分析挡墙类型、挡墙导孔孔径和挡墙导孔倾角对中间包流场特性的影响大小,并找出合理的控流装置配置。结果表明,挡墙导流孔倾角对中间包流场特性影响最大,其次是导流孔孔径和挡墙类型。采用Y型挡墙,挡墙导孔孔径26 mm,开孔角度为10°/10°对优化中间包内流场效果最好。优化后与原型中间包相比,平均停留时间延长149 s,死区比例降低15.7%,各流水口流动均匀性得到改善,采用数值模拟对中间包温度场进行模拟,优化方案中间包内的最大温差仅为1 K,与原型相比明显降低。     

20t T型中间包控流装置的模拟和优化

用CFX 流场计算软件模拟对比20t T型中间包3种控流装置,研究导流孔个数、孔径、位置对中间包钢水流场的影响,得出较合理的控流装置方案。模拟和应用结果表明,采用两边挡墙设上下导流孔,中间挡墙设一个导流孔,中间包内钢水流场、液面和出口流稳定,钢水温度波动小,中间包钢水平均停留时间提高至712 s,有利于钢水中夹杂物去除。     

六流H型通道感应加热中间包的结构优化

为解决六流H型通道感应加热中间包原型死区比例大,各流一致性差,第3流和第4流钢水短路流的问题,通过水模拟实验对中间包流场进行优化,同时采用数值模拟对中间包温度场进行了模拟。结果表明,在中间包内添加挡坝或在V形挡墙上开导流孔均可改善流体的流动状况。与原型结构相比,优化后的A4方案(V形挡墙上开2个水平倾角分别为36°、44°,孔径105 mm,距包底分别为170和510 mm的导流孔)总体平均停留时间延长了165 s,死区比例降低了23.95%,各流水口之间的最大温差仅为0.5 K,一致性显著提高。     

六流H型通道感应加热中间包的结构优化

摘要：为解决六流H型通道感应加热中间包原型死区比例大，各流一致性差，第3流和第4流钢水短路流的问题，通过水模拟实验对中间包流场进行优化，同时采用数值模拟对中间包温度场进行了模拟。结果表明，在中间包内添加挡坝或在V形挡墙上开导流孔均可改善流体的流动状况。与原型结构相比，优化后的A4方案（V形挡墙上开2个水平倾角分别为36°、44°，孔径105mm，距包底分别为170和510mm的导流孔）总体平均停留时间延长了165s，死区比例降低了23.95%，各流水口之间的最大温差仅为0-5K，一致性显著提高。     

包钢烧结合理利用巴西高硅混合粉实验

摘要：为解决六流H型通道感应加热中间包原型死区比例大，各流一致性差，第3流和第4流钢水短路流的问题，通过水模拟实验对中间包流场进行优化，同时采用数值模拟对中间包温度场进行了模拟。结果表明，在中间包内添加挡坝或在V形挡墙上开导流孔均可改善流体的流动状况。与原型结构相比，优化后的A4方案（V形挡墙上开2个水平倾角分别为36°、44°，孔径105mm，距包底分别为170和510mm的导流孔）总体平均停留时间延长了165s，死区比例降低了23.95%，各流水口之间的最大温差仅为0-5K，一致性显著提高。     

基于中间包冲击区的流场优化

针对某厂中间包原型在实际生产过程中生产平稳性以及产品洁净化等方面的问题，结合数值模拟和物理模拟的方法，对中间包进行了结构优化。对单因素变量(冲击区体积以及导流孔孔径、倾角)进行分类单因素优化，并以出口温差和死区比例的一致性变化规律作为进一步复合优化指导，确定了较优的中间包结构参数。结果表明，复合因素的优化效果大于单因素，并且中间包冲击区的体积大小对流体的流动状态影响最大，导流孔孔径次之，倾角最小。确定了1号挡墙移动450 mm、导流孔孔径选择100 mm、导流孔K-1和K-2倾角选择20°以及导流孔K-3移动50 mm、倾角选择10°的较优方案。该方案的死区比例为16.27%,相较于原型降低了29.03%,远流端和近流端的出口最大温差由原型1.6 K降至0.6 K,进一步提高了中间包流场的均匀性。这为该厂实际中间包优化提供了理论依据，也可为同类中间包优化提供思路和结构参数的参考。     

邯钢32t 8流连铸中间包流场的优化研究

利用几何相似比1:3.5建立的水模型和采用正交试验研究了32 t 8流中间包挡墙导流孔位置、孔径、倾角及仰角、挡坝及湍流控制器等因素对平均停留时间、死区比例的影响。实验结果表明,梯形挡墙方案和V型挡墙结构优化方案对滞止时间一致性的都比空中间包和原型挡墙的效果好;V形挡墙的平均停留时间和死区比例优于梯形挡墙;采用挡墙上3个导流孔的高度为500、300、400 mm,孔径80 mm,倾角60°、65°、80°,仰角0°的梯形挡墙方案的综合优化效果较好。脱硫铁水-100 t顶底复吹转炉-LF-CC工业生产试验结果表明采用最佳的V形挡墙方案,铸坯中平均全氧含量由原型中间包的55.6×10~(-6)降至50.5×10~(-6)。     

挡墙结构对46 t中间包钢液流动特性影响的数值和物理模拟

通过采用流动力学软件FLUENT进行的数值模拟和几何相似比1:3的水模型分别研究了导流孔倾角30°的U型挡墙和导流孔倾角分别为20°,25°,30°的V型挡墙4种结构的挡墙对46 t两流T型Φ800 mm圆铸坯中间包钢液流动特性的影响,并采用稳态模拟计算中间包钢液的温度场分布。结果表明,两种模拟结果有良好的一致性;使用导流孔倾角20°的V型挡墙的中间包流动特性最佳,中间包出口流温差仅为4.0 K,整体最大温差为14.2 K,停留时间最长为803.1 s,死区体积分数最小为0.09,更有利去除钢液夹杂物,提高钢的洁净度。     

基于水力学模拟试验的3流连铸20 t中间包结构优化研究

采用几何相似比1:2.5的水模型试验研究了带有一字型挡墙,矩形导流孔,水平无倾角的原型中间包以及V形挡墙,倾角0°~40°Φ80~Φ120mm圆形导流孔,并加抑制器的改进结构的流场,得出V字型挡墙+30°倾角和直径Φ80 mm导流孔+深盘带唇缘型湍流抑制器的改进中间包结构最优,可延长钢液在中间包内的停留时间,死区体积从原中间包的48.16%~63.06%降至10.3%~10.9%,有利于夹杂物的快速上浮。     

4流大方坯45 t中间包流场的物理模拟和冶金效果

通过几何相似比1:3的水模型对钢厂4流410 mm × 530 mm大方坯连铸机的不同结构的40～50t中间包进行流场、温度场以及流动特征的研究,并得出最佳控流装置。研究结果表明,为满足4流大方坯中间包对流场的要求,有通道式感应加热装置的中间包与无通道式感应加热装置的中间包优化出的最佳控流装置不同。对于无通道式感应加热装置的中间包,采用最佳方案(湍流控制器+带导流孔的"V"型挡渣墙+挡坝组合的控流方式),延长了近流水口响应时间及平均停留时间,各水口钢液的流动模式趋于一致,中间包内钢液的流动特征得到明显改善。生产40Cr钢实践表明,可连浇8炉,各水口最大温差为4℃,中间包钢液中T[O]约为10×10^-6。     

0.8 m/min拉速H异型坯中间包控流装置对传递性能影响的数值模拟

根据长8 m,钢水液位0.8 m的3流H型连铸坯中间包,采用FLUENT软件建立三维几何模型模拟研究了弧形挡墙导流孔直径D（100~200 mm）,导流孔高度H（350~550 mm）和两导流孔夹角θ（20°~50°）对中间包内钢液的流场和温度场分布、钢液的混合状况及不同粒径夹杂物上浮去除的影响,结果表明导流孔直径D 100 mm、导流孔高度H 550 mm、导流孔夹角θ 50°时,中问包综合传递性能最优,各流平均停留时间差和各出口钢水温度差较小,大颗粒夹杂去除率达76%。     

Hydrodynamic Modeling and Mathematical Simulation of Flow Field and Temperature Profile for Molten Stainless Steel in an Asymmetrical T‐Type Single‐Strand Continuous Casting Tundish with Arch or Round Hole(s) at Dam Bottom

In order to obtain the optimal structural parameters of the dug arch or round hole(s) at dam bottom in an 18–20 tons asymmetrical T‐type single‐strand continuous casting tundish, the flow field profiles and temperature profiles of molten stainless steel in the tundish with arch or round hole(s) at dam bottom have been investigated using hydrodynamic modeling coupled with mathematical simulation. The optimal structural parameters of arch hole(s) at dam bottom can be obtained from hydrodynamic modeling as that two arch holes with 30 mm as height and 50 mm as radius are symmetrically dug at dam bottom with the distance between arch hole center and dam center as 205 mm; or the optimal structural parameters of round hole(s) can be recommended as that one round hole with 70 mm as diameter is dug at left of the dam bottom with the distance between hole center and dam center as 205 mm. The results of mathematical simulation suggest that digging arch or round hole(s) at dam bottom with above‐mentioned structural parameters cannot obviously induce negative effects on streamlines and velocity vector profiles of molten stainless steel in the tundish by short circuit flow via arch or round hole(s) at dam bottom. The calculated temperature drop of molten stainless steel between the submerged ladle shroud and submerged entry nozzle in the tundish with arch or round hole(s) at dam bottom is about 3.0 K, the maximum temperature drop of molten stainless steel in the tundish is about 6.0 K.     

12流小方坯6流中间包结构优化的数值模拟和冶金效果

利用数值模拟对宣钢12流150mm×150mm连铸机的35 t 6流中间包的三维流场、浓度场和温度场进行研究,得出了最佳控流装置挡渣墙孔径120 mm,水平偏角5°,竖直仰角5°。应用结果显示,优化结构中间包的流场明显改善,各流的流动特性趋于一致,钢液对第6流塞棒的冲击减轻,各流最大温差由原先的10 K降低至4K。且连浇时间由原先的20h延长到26h。     

基于温度场的17 t双流中间包控流装置优化模拟

中间包控流装置影响包内钢液的流动状态以及钢液温度的均匀程度,这决定了钢液是否能够高质量的稳定浇铸。以钢厂17t双流中间包为原型,按与实际中间包1:2比例建立模型。通过正交水模拟实验以及对温度场的数值模拟,得出在考虑温度的条件下最优化的中间包控流装置组合为:堰距包底距离260 mm、坝高360 mm、堰与水口间距离580 mm、坝与水口间距离1170 mm。     

中间包内部结构对铸坯洁净度的影响

通过1:2.5中间包水模型试验对4流25 t两种控制装置中间包内流场进行了研究,并通过工业生产试验了原中间包和改变挡墙侧导流孔孔径、倾角,并增加湍流控制的改进型中间包对325mm×280 mm GCr15钢铸坯洁净度的影响。结果表明,改进型中间包能增加钢液在中间包内的停留时间,减小中间包的死区比例,提高夹杂物的去除率。与原中间包相比,从改进型中间包到铸坯过程钢中总氧去除率提高,大型夹杂物含量降低44.9%。     

板坯连铸中间包挡坝结构优化的数学与物理模拟

通过几何相似比0.4的中间包水模型和Fluent数学模型对钢厂60 t二流板坯中间包不同结构挡坝下的钢液流动形态进行了分析。结果表明,中间包使用原结构-200 mm高无孔挡坝时钢液贴底流严重,且挡坝较低,对钢液提升作用不明显,不利于夹杂物上浮去除,浇注区形成较大死区。挡坝开向上15°两圆孔且高度增加至270 mm后,中间包内钢液滞止时间提高12.5%,死区减少36%,钢液在浇注区向钢液面流动,浇注区的死区和钢液温度分层现象基本消失。     

板坯连铸双流73 t中间包控流装置优化的水模型研究

根据相似原理采用1:3水模型研究了238 mm×1 500 mm板坯双流连铸73 t中间包不同控流装置对流场的影响,以便得出最佳控流组合及优化的挡墙位置和高度。结果表明,采用双层湍流抑制器和下挡墙配合使用是双流中间包控流的较优组合,当下挡墙位置在模型中距长水口685 mm,高度为152 mm时,平均停留时间相对原型中间包延长了53.5 s,死区比例由27.9%减小到13.1%,较好地改善了中间包内流体的流动形态,有利于均匀钢液温度和夹杂物上浮去除。     

基于PXI技术的中间包流场优化的水力学试验

试验利用PXI连铸综合水力学试验平台,采用1∶2的中间包水模型研究坝堰和多孔挡墙对某钢厂180mm×240mm小方坯六流连铸中间包中流动的影响,通过分析不同方案中间包的相关区域的流场特性和停留时间分布曲线（RTD曲线）来得出相关试验结论。试验结果表明,无坝堰和多孔挡墙的中间包内注流区的流体的流动均匀性不好,同时响应时间(7s)和峰值时间(224s)均比较短;优化后的中间包内的流体的流动特性得到较大程度改善,响应时间和峰值时间分别延长99和159s,死区体积减小了45.71%,活塞流体积从12.03%增大到25.47%。