中间包结构优化及冶金效果

通过水模型实验,对四流圆坯中间包三种挡墙形式下的包内流场进行模拟研究.结果表明:原挡墙控流下的中间包同一侧两流之间的流体流动特性存在很大差异,与内侧相比,外侧流的最小停留时间、峰值时间长、死区体积大,造成中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效地上浮去除.U型挡墙能很好地解决各流间的同步性,但是最小停留时间短,死区比例较大.采用Y型挡墙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,为三种挡墙形式之最优.工业试验表明,Y型挡墙在降低铸坯总氧和夹杂物方面均优于原挡墙.     

小方坯五流对称中间包流场优化与应用

针对铸坯中非金属夹杂物超标的问题,以某钢厂五流对称150 mm×150 mm方坯连铸中间包为研究原型,采用数值模拟的方法研究不同控流装置对中间包内流场的影响,并得到最优的挡墙结构。结果表明,原型中间包存在停留时间短,死区比例大,持续流动的钢液对中间包包壁冲刷侵蚀的问题;采用优化后的U型挡墙后,停留时间延长了257.11s,死区比例减小27.31%,且各水口均匀性明显改善。现场试验发现:中间包优化后T[O]含量降低45.81%,大颗粒夹杂物含量明显降低。     

气幕挡墙中间包仿真优化及其冶金效果

根据水钢炼钢厂150 mm×150 mm六流连铸32 t中间包的结构操作工艺参数,采用数模仿真法研究了气幕挡墙技术对中间包内钢液流动特性及夹杂物去除的影响,并对HPB235和65钢进行了工业试验。结果表明,气幕挡墙可以有效改善钢液的流动状态,均衡各出口停留时间,有效延长钢液的平均停留时间,降低死区体积,提高夹杂物去除率。该技术适应多流中间包纯净钢冶炼的需求。     

连铸中间包结构优化及夹杂物去除的水模拟研究

以25t中间包为原型,通过实验相似比λ=1:2.3的水模型,分析了4流近似T型中间包3种挡墙形式包内流场及夹杂物去除。结果表明,原挡墙控流下的中间包同一侧两流之间的流体流动特性差异很大,与内侧相比,外侧流的最短停留时间和峰值时间长、死区体积大,造成中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效地上浮去除;U-型挡墙能延长峰值时间,但是最短停留时间短,死区比例较大;采用Y-型挡墙可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮。30CrMo钢工业试验表明,采用Y-型挡墙钢中大型夹杂物较原用挡墙降低16.9%。     

带过滤器中间包流场的数学物理模拟和应用

 为了研究过滤器通道对中间包内流场的影响,通过数学和物理模拟对不同控流方式的两流板坯连铸中间包的钢液流动及传热进行研究,分析了过滤器对中间包流场的影响。结果表明,原方案中间包采用湍流控制器＋挡墙、挡坝的控流方式,活塞区体积比例为26.33%,死区体积比例为17.94%;用过滤器代替挡坝后优化效果显著,钢液的实际平均停留时间由原来的243.68延长至262.50 s,死区体积比例由17.94%减小至9.11%,过滤器加入后出口处温度仅比原方案出口温度降低了2 ℃,且安装简单,成本低。现场试验发现,10个炉次后过滤器通道处共吸附夹杂物19 kg,这说明中间包钢液中夹杂物减少,有利于改善铸坯质量。     

单流板坯连铸中间包流场的物理模拟

通过对不锈钢连铸矩形连铸中间包水模型试验,分析其结构的合理性,针对流场存在的问题,就影响流场的因素,采用正交试验的方法对中间包内部控流元件进行优化验证。结果表明,下挡墙开口大小是影响流场的最关键因素。保持中间包液面稳定,在水口插入深度180 mm,拉速1.2 m/m in的情况下,综合考虑RTD曲线与流场显示,最佳的方案为上挡墙位置375 mm、上挡墙高208 mm、上下挡墙之间距离575 mm、下挡墙高100 mm、下挡墙开口0 mm。与原型中间包对比,能够很大程度地优化中间包流场,延长平均停留时间,减小死区比例,改善短路流现象,有效地均匀钢液和促进夹杂物聚集上浮。工业试验结果表明,采用优化挡墙组合控流中间包,能够较大程度提高铸坯纯净度,降低冷轧板废品率。     

五流大方坯中间包控流装置优化的数值和物理模拟

针对280 mm×350 mm五流连铸35 t中间包第3流铸坯质量探伤不合格率较高的问题,采用数值模拟和几何相似比1:3水模型模拟,研究了控流装置对中间包钢液流动特性的影响,优化中间包流场。结果表明,原型中间包控流装置结构不合理,各流一致性差,尤其第3流短路流明显;采用中墙开两孔的2~#挡墙+圆形加檐的B型湍流控制器后,各流一致性明显改善,第3流短路流消除,其平均停留时间延长了242.1 s,同时中间包活塞区体积增加了5.7%,死区体积减小了1.1%,冲击区钢液流动平稳。     

对称四流中间包结构优化

以淮钢连铸中间包为研究对象,通过建立中间包水模型,对对称四流中间包的流体流动特性进行研究。结果表明:原中间包同一侧的两流之间的流体流动特性存在很大差异,与外侧流相比,内侧流的平均停留时间小,死区体积大。四流一致性差导致中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效上浮去除,不能很好地满足高质量特钢生产的要求。加装优化后的挡墙、湍流器等中间包控流装置,四流的停留时间分布趋于一致,滞止时间、平均停留时间延长,死区体积减小。     

两流板坯连铸58t中间包过滤器的水模型试验和应用

通过几何相似比0.29:1的水模型试验了湍流抑制器+挡墙+挡坝和湍流抑制器+挡墙+过滤器两种控流装置的钢液流动,研究了通道式过滤器对58t中间包钢液流场的影响。结果表明,原中间包（湍流抑制器+挡墙+挡坝）活塞区体积小,死区体积高达29.53%,优化中间包加入过滤器后（湍流抑制器+挡墙+过滤器）短路流基本消失,钢液的实际平均停留时间延长,死区体积由29.53%减小至13.52%。50t中间包,230mm×1100mm连铸板坯,拉速1.25~1.30m/min工业生产结果表明,使用过滤器后,中间包浇注区的夹杂物尺寸明显小于冲击区,中间包浇注区T[O]由原86×10^-6降至30×10^-6,连铸坯大多数夹杂物尺寸≤10μm,没有发现≥30μm夹杂物。     

带过滤器63t中间包钢液流场的物理和数学模拟

通过采用几何相似比0.29:1的水模型和数学模型分别对(a)湍流抑制器和挡墙+坝(原结构),(b)湍流抑制器,挡墙+坝和过滤器,以及(c)湍流抑制器,挡墙和过滤器3种结构两流板坯连铸中间包钢液流场、温度场和夹杂物运动轨迹进行模拟研究。结果表明,原中间包结构(a)活塞区体积偏小,死区体积偏大;加入通道式钢液过滤器(b)后短路流基本消失,中间包死区减小6.83%,钢液的平均停留时间由287.04 s延长至373.76 s,有利于夹杂物的上浮去除,且过滤器的加入对钢液的温降影响不大;用钢液过滤器代替挡坝(c)后优化效果最为明显,中间包钢液平均停留时间由287.04 s延长至404.26 s,峰值时间由原来的95,4 s延长至190.8 s,死区体积由36.10%减小至8.76%。     

通道式感应加热7流中间包流场的物理模拟

 为解决通道式感应加热7流中间包各流一致性差、第2和第6流钢水停留时间短的问题,通过水模拟试验对该中间包流场进行优化。等温试验结果表明,通过改变通道结构以及添加双挡坝可改善流体的流动状况。与原型结构相比,优化后中间包总体平均停留时间延长了277.8 s,死区比例降低了30.16%,各流一致性得到较大改善。非等温试验表明,感应加热引起的包内自然对流不可忽略,流体经加热从通道流出后会形成明显上升流。通道内外温差越大,中间包各流的一致性越好。针对原型方案,通道内外温差为5 ℃时,中间包内流体停留时间即较无温差时明显延长,死区基本消除。     

Flow Control in Six-Straud Billet Continuous Casting Tundish With Different Configurations

 A 1:2.5 scale tundish model was set up in laboratory for a six-strand billet continuous casting tundish with different configurations to investigate fluid flowing characteristics under different operational conditions by measuring residence time distribution curves. It was known from the investigation that minimum residence time, maximum concentration time and average residence time of the three strands in the same side of the tundish with the former configuration under normal operation, that is, 6 strands were open, were small and non-uniform and the tundish had large dead volume fraction. Vortexes easily formed on the liquid surface in the pouring zone of the tundish. The fluid flow characteristics in the tundish with the optimal turbulence inhibitor and baffles were improved and became less non-uniform among the strands. Vortexes were not found on the pouring zone surface in the optimal tundish. Under un-normal operation, that is, one strand was close, it was important to choose which strand should be closed for flowing characteristics of the rest two strands. It was found from this investigation that fluid flowing characteristics in the optimal configuration tundish with closing strand 2 were better than those with closing strand 3 at the same side.     

Flow Control in Six-Strand Billet Continuous Casting Tundish With Different Configurations

A 1∶2.5 scale tundish model was set up in laboratory for a six-strand billet continuous casting tundish with different configurations to investigate fluid flow characteristics under different operational conditions by measuring residence time distribution curves.It was found that minimum residence time,maximum concentration time and average residence time of the three strands on the same side of the tundish with the former configuration under normal operation,that is,six strands were open,were small and non-uniform and the tundish had large dead volume fraction.Vortexes easily formed on the liquid surface in the pouring zone of the tundish.The fluid flow characteristics in the tundish with the optimal turbulence inhibitor and baffles were improved and became less non-uniform among the strands.Vortexes were not found on the pouring zone surface in the optimal tundish.For non-normal operation,that is,one strand was close,it was important to choose which strand to be closed for maintaining flow characteristics of the rest two strands.It was found from this investigation that fluid flow characteristics in the optimal configuration tundish with closing strand 2 were better than those with closing strand 3 on the same side.     

非对称五流圆坯连铸中间包水模实验研究

采用水模实验研究了控流装置对非对称五流圆坯连铸中间包内流场的影响.通过测定模型中间包内各水口的RTD曲线,计算了中间包流场的平均停留时间及死区、活塞区和混合区的体积.提出了控流装置的开孔位置、大小、角度和布置方式对多流连铸中间包流动特性的影响规律.提出了能够合理分配钢水和有效减小死区的控流装置结构.     

首钢小方坯连铸机中间包数值模拟分析

针对首钢160 mm×160 mm方坯连铸机14.5 t中间包建立数学模型,采用流体力学计算软件Fluent对4流异型中间包内钢液流动和温度进行了数值计算,得出中间包钢液流动的速度场、温度场和停留时间分布曲线。计算结果表明,各流最大温度差为8 K,应避免低过热度浇铸;1流死区体积分率为20%略大于其余各流(10%～20%)外,中间包钢水流动参数可以满足生产的需要。     

不锈钢连铸中间包外壳倾角对流场影响的水模拟试验和应用

根据相似原理,通过建立24 t中间包1:2水力学模型对单流板坯24 t中间包的外壳倾角(15°和8°)对钢液流动状态的影响进行了研究,并用数值模拟对水模拟结果进行定性验证。结果表明,原型中间包外壳倾角(15°)太大,浇铸区死区体积达到33.9%,平均停留时间短并且温度分布不均匀;通过采用优化的中间包外壳倾角(8°),死区体积降低了56.3%,平均停留时间提高了33.5%,并且使得浇铸区温度分布更加均匀。经过10炉工业试验后结果表明,外壳倾角8°优化后中间包钢水温度的波动明显降低,夹杂物出现频率亦显著降低。     

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。     

通道式感应加热五流中间包流场的水力学模拟

 通道式感应加热能有效补偿连铸过程中间包钢水的温降,且具加热效率高、设备简单等优点,是近年来得到快速推广应用的中间包新技术。配置感应加热器后的中间包结构与常规中间包差异较大,其加热通道的设计对中间包流场具有明显影响。针对实际应用的某5流直通道感应加热中间包边部流和中间流温差大、钢水浇铸过热度偏高的问题,通过水模拟试验对该中间包流场进行优化,提出了一种新型的分口通道方案。该方案可将中间包的死区比例由原型的29.50%降低到20.33%,钢水平均停留时间较原型延长了40 s。工业试验表明,分口式新型通道设计中间包各流浇铸温度一致性得到改善,其中边部流和中间流的平均温差较原型降低了3.6 ℃,实现了感应加热中间包应用效果的进一步提升。     

五流连铸中间包结构优化的水模型实验

以国内某钢厂五流连铸中间包为研究对象,根据相似原理建立了1：3的中间包水模拟系统,考察不同内部结构对中间包流体流动特性的影响．研究结果表明：原型中间包内部结构不合理,各流水口之间的流体流动特性差异很大,存在较大死区．通过内部结构优化设计,使中间包流场得到明显改善,其中方案Ⅵ效果最佳,平均停留时间离散度最小,活塞区体积达23．84％,死区体积为10％,比原型下降了71．70％．