水口倾角对150mm×380mm矩形坯结晶器流场的影响

为减少矩形坯角裂、漏钢等缺陷,提高铸坯质量,进行改变浸入式水口出口倾角角度以优化结晶器流场的研究。通过Fluent软件,对150 mm×380 mm矩形坯结晶器钢液流动和凝固耦合过程进行数值模拟,得出水口倾角(15°~30°)对表面流速、表面湍动能和冲击深度的影响。结果表明,随水口倾角增加,平均表面流速下降,冲击深度增加,有利于稳定液面;但随倾角增加,液面波动小,不利于钢液搅拌和夹杂物去除,下部回旋区过低,坯壳变薄,容易产生漏钢;综合得出,150 mm×380 mm铸坯的水口倾角宜为25°。应用结果得出使用优化水口后,铸坯中夹杂物总数减少36%。     

板坯连铸浸入式水口控流的物理和数值模拟

浸入式水口结构从根本上决定了结晶器内的钢液流动形式，采用物理模拟和数值模拟方法研究了水口结构及铸坯断面尺寸对板坯结晶器流动行为的影响。通过解析速度云图、表面流速、液面波动、冲击深度及保护渣覆盖情况等特征参数，对结晶器内钢液流动行为进行多角度定量表征。结果表明，水口侧孔倾角向上对1 600 mm×220 mm断面结晶器流场液面扰动较大，其倾角向下15°时射流冲击深度较大，倾角向下8°时最为适宜。水口底部形状会影响钢液的湍动能耗散及流场对称性，对比后得出凹底水口为最佳水口形状。侧孔形状对表面流速影响较小，但对自由液面波动有显著影响，可能导致钢液裸露；当水口侧孔面积一致时，矩形侧孔水口条件下的结晶器液面裸露面积小于跑道形侧孔和方形侧孔情况。而在浇注不同断面尺寸时，仅通过改变水口结构和使用工艺难以获得合理的结晶器流场，还需要借助其他控制流动的手段来推动未来板坯多元化生产的发展。本研究可为改善板坯质量提供理论与工艺指导。     

水口类型对矩形坯结晶器流场影响的数值模拟

利用数值模拟技术,以河钢邯钢一炼钢厂生产的380 mm×280 mm矩形坯为对象,研究了两侧孔式和直通式两种水口对矩形坯结晶器内钢液流场以及相应的钢液液面波动的影响。研究结果表明:直通式水口对钢液的冲击深度较大,不利于夹杂物的上浮,钢液液面波动较小,会降低卷渣现象的发生几率,但不利于保护渣的熔化;而两侧孔式水口对钢液的冲击深度较小,钢液形成上下2个回流,有利于夹杂物的上浮以及保护渣的熔化,但钢液液面波动严重,同时下回流钢液呈水平螺旋式流动,对铸坯边、角部位置冲刷严重,易于造成铸坯表面裂纹缺陷的发生。     

水口扩张角对230mm x 1300 mm板坯结晶器流场及氩气泡行为的影响

利用离散相模型研究水口扩张角（0~12°）对230mm×1300 mm板坯结晶器流场及氩气泡行为影响。并用水模型实验进行了验证。结果表明,扩张角增大,能显著减小注流冲击深度及氩气泡在自由液面上浮区域;尤其当扩张角为9°时,结晶器流场较好,自由液面波动较小,有利于夹杂物去除及减轻界面卷渣几率。双流230mm板坯连铸工业性试验表明,安装扩张角9°的水口一流铸坯较安装无扩张角水口的另一流铸坯表面夹渣发生率降低了5.9%~14.8%。     

475 mm特厚板坯连铸结晶器浸入式水口优化数值模拟研究

特厚板坯连铸技术主要应用于特种装备制造领域,市场需求量较大。浸入式水口的结构是决定结晶器中流场流动行为的关键因素。本研究通过建立三维数值模型,研究浸入式水口侧孔倾角对475 mm特厚板坯结晶器内流场流动行为、温度场和凝固坯壳分布的影响。结果表明,水口侧孔倾角对钢液流动行为影响显著：当侧孔倾角由-20°调整至-10°时,射流冲击深度由660 mm减小至545 mm,结晶器自由液面平均温度升高4 K;此外,侧孔倾角的减小使凝固坯壳尤其是窄面坯壳厚度增加6 mm。综合考虑,当水口侧孔倾角为-10°时,结晶器性能最佳,此时的液面流动较活跃,结晶器保护渣和液面之间的传热性良好,出口处的壳体厚度均匀,足以满足生产需要,可有效避免漏钢现象发生。     

水口扩张角对230mm×1300mm板坯结晶器流场及氩气泡行为的影响

利用离散相模型研究水口扩张角(0~12°)对230mm×1 300 mm板坯结晶器流场及氩气泡行为影响。并用水模型实验进行了验证。结果表明,扩张角增大,能显著减小注流冲击深度及氩气泡在自由液面上浮区域;尤其当扩张角为9°时,结晶器流场较好,自由液面波动较小,有利于夹杂物去除及减轻界面卷渣几率。双流230mm板坯连铸工业性试验表明,安装扩张角9°的水口一流铸坯较安装无扩张角水口的另一流铸坯表面夹渣发生率降低了5.9%~14.8%。     

矩形坯结晶器自由液面模拟及水口结构优化

以某公司矩形坯连铸机结晶器为研究对象,利用数值模拟和物理模拟相结合的方法,对结晶器内自由液面流动和流场进行系统分析,分别研究不同出口面积比、不同浸入深度、不同水口倾角等条件下结晶器内钢液流动状态,并对相应的工艺参数进行优化。结果表明,对于断面为150 mm×440 mm的矩形坯,最优的结晶器浸入式水口出口面积比为2.42,内径30 mm,侧开孔角度25°。     

220mm x 1600mm板坯连铸浸入式水口倾角优化的数值模拟和应用

使用数值模拟方法研究了拉速0.9m/min时,水口倾角-7°~-11°对220mm×1600mm板坯结晶器内坯壳厚度、坯壳温度和自由液面流动的影响。模拟和应用结果得出,以拉速0.8m/min,水口倾角-15°工艺下钢液流动为标准,通过对比计算结果与标准工艺曲线,确定在0.9m/min拉速时,水口倾角为-11°为最佳工艺方案。生产应用结果表明,采用优化工艺后结晶器窄面报警频率由原15次/月降至0次/月,铸坯表面质量也有一定改善。     

220 mm×1600 mm板坯连铸浸入式水口倾角优化的数值模拟和应用

使用数值模拟方法研究了拉速0.9m/min时,水口倾角-7°~-11°对220 mm×1600 mm板坯结晶器内坯壳厚度、坯壳温度和自由液面流动的影响。模拟和应用结果得出,以拉速0.8 m/min,水口倾角-15°工艺下钢液流动为标准,通过对比计算结果与标准工艺曲线,确定在0.9 m/min拉速时,水口倾角为-11°为最佳工艺方案。生产应用结果表明,采用优化工艺后结晶器窄面报警频率由原15次/月降至0次/月,铸坯表面质量也有一定改善。     

1400mm×230mm板坯结晶器流场优化的数值模拟研究

利用FLUENT对1400mm×230mm的板坯结晶器建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,以液体表面流速和射流冲击深度为主要参考指标,研究了拉速和水口插入深度对结晶器内流场的影响。结果表明:随拉速的增加,表面最大流速增大,射流冲击深度增加。当拉速超过1.2m/min时,表面最大流速增加明显;随着浸入式水口浸入深度的增加,表面最大流速减小,射流冲击深度减小,当浸入深度超过140mm时,表面流速减小明显。故满足断面要求的合理工艺参数:拉坯速度不大于1.2 m/min,且插入深度不小于140mm。     

多孔水口对轴承钢280 mm x325 mm铸坯结晶器钢液流场和温度场的影响

采用数值模拟的方法对比分析了直通式、四孔式以及五孔式水口对GCr15轴承钢280 mm×325 mm坯连铸结晶器内钢液流场和温度场的影响。结果表明,当前常用的直通式水口对坯壳无冲刷,利于坯壳均匀生长,但钢液冲击深度大,在弯月面处速度小,不利于大方坯质量的提高。当采用四孔水口时,钢液热中心上移,钢液面处温度可提高8℃,钢液向上漩流增强,有利于降低结晶器内钢水过热及保护渣的熔化,但由于钢液对结晶器宽、窄面坯壳的冲刷致使冲击区域附近坯壳出现不同程度的零增长区域。当采用五孔水口时,除了钢液热中心上移,钢液向上漩流增强,由于侧孔钢液流速减小,对坯壳的冲刷减小,有利于保护渣的快速熔化、过热度的快速降低,坯壳的均匀生长,显著提高大方坯的质量。     

H型坯连铸结晶器内钢液传递特性的数值模拟

以950 kg/m H型连铸坯结晶器为研究对象,采用FLUENT软件建立三维几何模型,模拟研究了水口浸入深度125 mm和175 mm时拉速（0.6~1.2 m/s）对结晶器内钢液传递特性的影响。结果表明,不同拉速条件下H型坯结晶器内钢液流态相似,但随着拉速的增大,结晶器内钢液流股冲击深度增大和结晶器自由表面流速增大,保护渣熔化状况有改善趋势,同时结晶器液面波动和钢水对凝固坯壳的冲刷有增大趋势。而各粒径夹杂物上浮去除率随拉速的增大而降低,其中大颗粒夹杂物去除率降低显著,当拉速由0.6 m/min增至1.2 m/min时,100μm夹杂物的去除率由16%降至10%。该模拟条件下,20~100μm夹杂物去除率在4%~16%。     

Effects of several casting parameters on slag entrapment in mould (part B:numerical modeling)

Based on the effects of several casting parameters on slag entrapment in the mould (water modeling),the numerical modeling was researched. The results show that the flow field with a submerged nozzle section dimension of 65 mm×80 mm is better than that with a submerged nozzle section dimension of 40 mm×40 mm and is favorable for avoiding slag entrapment. In this paper,low surface velocity,small level fluctuation and proper impact depth can be achieved with a nozzle of an outlet angle of 25° and an immersion depth of 150 mm,or with a prototype nozzle of an outlet angle of 15° angle and an immersion depth of 150 mm.     

板坯连铸结晶器钢液流场的数值模拟

 运用Fluent软件,对断面150 mm×460 mm的板坯结晶器钢液流场进行了数值模拟,研究了不同水口侧孔面积和长宽比条件下流场的变化情况,并对倾角和插入深度等参数进行了优化。结果表明,长宽比一定时,面积比越大则液面最大速度越小,冲击深度和冲击压力也越小。面积比一定时,大的长宽比有利于减小液面最大速度、冲击压力以及流股对窄面的冲刷。确定了在不改变水口内径、底面形状和出口形状的前提下,适合该结晶器水口的侧孔断面为25 mm×40 mm,倾角为15°,插入深度为200 mm。     

浸入式水口结构对大方坯结晶器流场和温度场影响的数学模拟

利用Fluent软件针对南钢大方坯结晶器建立了三维有限差分模型,计算了连铸结晶器内的流场和温度场,分析了浸入式水口倾角和水口出口面积对结晶器内流场和温度场的影响。当浸入式水口倾角为10°时,大方坯结晶器流场和温度场分布较为合适;水口出口面高度为（18＋2×18）mm时,浸入式水口出口面积较合适。     

不同宽度板坯结晶器内流场的水模型和数值模拟研究

采用1:0.8比例水模型和基于Fluent软件的数值模拟,实验研究了190 mm×(1500～1900)mm宽板坯连铸结晶器的流场。结果表明,在钢水流量不变的情况下,随着结晶器断面宽度的增加,流股的冲击深度增加,流股涡心高度降低,结晶器表面流速、液面波动、流股对结晶器窄面的壁面剪切力均减小,卷渣和液面裸露几率逐渐降低。在钢水流量不变的情况下,随着结晶器断面宽度的增加,若采用同一水口,可以适当减小水口插入深度。     

连铸坯中心偏析对LX72A钢帘线合股断丝的影响

70 t BOF-LF-Φ380 mm CC-开坯成150 mm×150 mm方坯-CR和200 t BOF-LF-200 mm×200mm CC-CR两种工艺路线所生产的Φ5.5 mm盘条经拉拔成Φ0.22 mm钢帘线合股过程的断丝率为Φ380mm圆铸坯工艺-2.86次/t,200 mm×200 mm方坯工艺-<1次/t。检验结果表明,圆坯工艺生产的盘条严重的中心偏析是大量断丝的主要因素,150mm×150 mm轧坯的宏观碳偏析高达1.11。采用断面尺寸200 mm×200 mm以上的方坯连铸工艺流程,中间包钢水过热度15～25℃,拉速恒定,采用结晶器和末端电磁搅拌,可有效地减轻中心偏析。     

宽规格板坯连铸结晶器浸入式水口的数值模拟

利用Fluent计算软件建立三维数学模型对马钢板坯连铸结晶器内钢液的流场和温度场进行数值模拟研究,并进行正交试验,分析了水口浸入深度(150～190 mm) 、水口侧孔倾角(-10°～-16°) 、水口侧孔与中孔的截面积比值(2,2～3.2)对拉速0.9 m/s,230 mm×1800 mm结晶器内钢液流动的影响。研究结果表明,水口浸入深度和倾角对结晶器液面波动F数和凝固坯壳厚度的影响较为显著。对于浇铸断面230 mm×1800 mm的结晶器浸入式水口的最佳工艺参数为:浸入深度170 mm、水口侧孔倾角13°、侧孔出口与中孔面积比2.7。     

?500mm断面铸坯连铸工艺研究与实践

为了确保铸坯生产工艺和质量完全满足要求,对?500 mm断面结晶器冷却水流量、不同钢种用二冷配水表、结晶器液压振动曲线、电磁搅拌技术及铸坯拉速控制等进行分析,研究出?500 mm断面连铸工艺,成功生产出了质量合格的大圆坯。