中间包底吹氩水模型试验及冶金效果

通过水模型试验和工业试验,研究了中间包底吹氩参数对中间包流场的影响。水模型试验结果表明:中间包底吹气可以改善中间包流场,较佳的吹气参数是透气砖距离冲击区765 mm,吹气量在0.06~0.10 m3/h。工业试验结果表明:中间包采用底吹氩后,T[O]降低了26.67%;大型夹杂物总含量由0.430 mg/kg降至0.079 mg/kg,降低了81.82%。     

吹氩技术及其对中间包流场影响的研究

研究了基于有限元分析软件对吹氩技术、中间包流场的影响,结果表明在中间包注入流与堰之间安装多孔透气砖可促进夹杂物的去除。确定透气砖在距水口中心700 mm、气量在7 L/min时,中间包内流体的流动特性最佳,可有效提高了钢水质量。     

板坯连铸中间包吹氩冶金新技术开发与应用

开发了一种新型的具有吹氩功能的中间包透气水口座砖,介绍了透气水口座砖的结构及工作原理,采用水模实验研究了透气水口座砖吹气量大小对中间包及结晶器内氩气量的分布及气泡大小的影响。实验结果表明,随着透气水口座砖吹气量的逐渐增大,结晶器内气泡的数量和直径都逐渐增大,合适的模拟吹气量为2～3 L/min。透气水口座砖用于板坯连铸机浇注生产超低碳铝镇静钢DC04的结果表明,该产品具有显著地去除钢水中非金属夹杂物及防止上水口和浸入水口结瘤的冶金效果,浸入式水口寿命由2～3炉提高到5～7炉。     

气幕挡墙中间包夹杂物去除的水模型研究

以连铸1500mm×250mm板坯的中间包为原型,几何相似比1/3,采用自制多孔透气砖进行中间包底吹气的水模型试验。结果表明,气幕挡墙中间包中,夹杂物通过斯托克斯机理上浮,气泡吸附和钢液上扬流动而上浮去除;当吹气量≥0.08m~3/h,距入口中心533～800mm处形成有效的气幕挡墙,显著改善钢液流动性,夹杂物去除率由不吹气的44.86%增加至72.86%,并改善小颗粒夹杂物的去除。工业试验表明,采用气幕挡墙,使T[O]降低12%以上。     

底吹氩中间包钢液流动特性的数值模拟研究

根据某厂实际中间包的操作工艺参数,采用欧拉两流体模型以及多孔介质模型,用数值模拟法研究了同时采用湍流控制器和气幕挡墙技术,中间包内气幕挡墙的位置及吹气量对中间包内钢液流动特性的影响。结果表明,采用气幕挡墙技术,吹气量及吹气位置对钢液流场及RTD曲线影响较大,吹气位置靠近人口或出口都不利于中间包钢液流动特性的改善,吹气量太大易引起表面卷渣现象,吹气量太小,不能形成有效的气幕挡墙。气幕挡墙距离人口1200～2000mm,且吹气量为0．90m^3／h时,可以有效延长钢液的停留时间,减小死区体积,有利于夹杂物的上浮去除。     

气幕挡墙中间包钢水流动的数值模拟

根据二流连铸1500mm×250mm板坯时中间包的操作工艺参数,采用欧拉两流体模型,多孔介 质模型和拉格朗日随机轨道模型,模拟计算了采用湍流控制器和气幕挡墙技术的中间包内钢液流动特性和 夹杂物的运动轨迹,并用Monte-Carlo法统计了夹杂物的总去除率。模拟结果表明,采用中间包气幕挡墙技术 可以有效改善钢液的流动特性,延长钢液停留时间,减小死区体积;当吹气量为0.90m³/h时,夹杂物去除率比 不吹气工艺增加15.6%     

连铸中间包底吹氩物理模拟和工业实践

通过实验室物理模拟和工业应用实践,研究了透气砖底吹氩对本钢中间包内流体流动行为和去除钢中夹杂物行为的影响.物理模拟研究结果表明,底吹氩可以显著改善中间包内钢水的流动特征,延长钢水在中间包内的停留时间,提高中间包内钢水的混合程度,减少死区体积分率;吹气位置越靠近中间包水口侧对流体特征参数的改变效果更佳;吹氩形成的微气泡群可以显著改善中间包内流体的运动轨迹,流体运动的路线更加曲折,并且全程流动靠近液体表面.工业实践表明,底吹氩形成的“气幕挡墙”对夹杂物效果去除效果明显,与不吹氩相比,铸坯中夹杂物指数从7.33～8.98 mg/（10 kg）降低至4.21～4.33 mg/（10 kg）,且大颗粒夹杂物数量明显减少,没有发现尺寸大于30～50μm的夹杂物.     

三流大方坯中间包控流装置优化的水模拟研究

针对中间包夹杂物超标的问题,采用1∶2的水力学模型,对三流320 mm×480 mm大方坯中间包流场进行物理模拟,研究控流装置对钢液流动特性的影响,优化中间包流场.模拟结果表明:原型中间包存在着滞止时间短、死区比例大、持续流动的液体对中间包前壁不断的冲刷侵蚀的问题.采用方案3的挡墙与挡坝,滞止时间增加了18.05 s,且两个水口的滞止时间标准差仅为0.18,死区比例降幅为30.51％,很好地改善了液体的流动特性.     

吹氩连铸中间包内钢液流动特性的水模型实验研究

建立了模拟连铸中间包底吹氩流动过程的水模型.通过测定分析水模型的RTD（停留时间分布）曲线研究了吹气流量、吹气位置及控流元件对中间包内流动特性的影响规律,并对此进行优化.结果表明：条形透气梁安放位置对中间包内的流动特性影响最为显著,均匀开孔的多孔挡墙和条形透气梁喷吹氩气二者的配合使用能获得理想的流动特性.     

底吹气中间包内钢液流动及夹杂物去除模拟研究

通过40 t中间包的1:3水模型实验,对小方坯连铸6流中间包内钢液的流场进行了测定,研究了5种不同底吹气方案对中间包内钢液流动特性和夹杂物去除的影响。结果表明,在注流区吹气能延长钢水在中间包内的停留时间,减弱湍流强度,同时注流区内吹气可将气泡击碎成弥散小气泡促进了夹杂物上浮,夹杂物去除效果最佳。在近流与中流水口之间吹气,可改善各流的流动特性,中间包内的流动状况最佳,但近流处夹杂物去除效果略差。在中流和远流水口之间吹气,流场改善效果不理想。     

210 t LF精炼底吹氩过程气、渣、钢液三相流场优化的数值模拟

基于湍流模型和VOF模型,通过CFD流体工程模拟软件FLUENT6.3.26,对吹氩过程210 t钢包炉(LF)内气、渣、钢液三相流场进行了数值模拟和分析,得出底吹氩孔位(单孔中心,单孔偏心,双孔)和氩气流量(100~500 L/min)对钢液循环流动、渣眼尺寸和卷渣等行为的影响。研究显示,单孔底吹钢包的孔位不同,混合速度和渣眼尺寸不同;渣眼处易卷渣;双孔底吹比单孔底吹死区小得多;氩气流量越大渣眼越大,但渣眼尺寸大于611mm时,其尺寸变化不大;210 t钢包的双孔底吹钢包内合适的吹氩量为200~300 L/min。     

透气砖布置和吹氩流量对钢包内钢液流动行为的影响

针对攀钢200t钢包,采用物理模拟与数值模拟相结合的方式,研究了透气砖布置方式和吹氩流量对钢液流动行为的影响规律。结果表明,当两透气砖呈120°布置在距包底中心0.62R(R为包底半径)处时,钢液的平均流速和平均湍动能大,"死区"范围小,混匀时间短,是合理的透气砖布置方式,其临界吹氩流量为27m3/h;与单透气砖相比,双透气砖喷吹的能量利用率高,"死区"范围小,单透气砖的吹氩流量需控制到45m3/h才能达到与双透气砖吹氩流量为27m3/h时相同的搅拌效果。实践证明,研究得到的透气砖布置方式和吹氩流量能保证熔池的搅拌效果,使转炉钢水经吹氩处理后,钢包不同位置温差小于10℃,Δw[C],Δw[Si],Δw[Mn]小于0.03%;在一定的软吹氩流量条件下,吹氩时间大于等于8min,可以使钢中wT[O]小于25×10-6。研究表明,用离散相模型对钢包底吹氩过程进行数值模拟,可以得到与物理模拟试验和生产实践较为吻合的结果。     

六流小方坯中间包气幕挡墙的数学模拟

根据6流200 mm×200 mm方坯30 t中间包的结构操作工艺参数,采用欧拉两流体模型、多孔介质模型、欧拉-拉格朗日随机轨道模型及Monte-Carlo法,并引入气泡吸附模型,用数学模拟法对比研究了采用气幕挡墙技术对6流中间包内钢液流动特性及夹杂物去除的影响。结果表明,采用气幕挡墙技术优化后,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,适应多流中间包超纯净钢冶炼的需求。     

气幕挡墙对中间包内钢液流场影响的数值模拟

根据实际中间包的操作工艺参数,采用欧拉-欧拉两流体模型,用数值模拟法模拟计算了中间包底吹对钢液流动的影响.结果表明,底吹改变了中间包内钢液的流动状态,在气幕挡墙的两侧分别形成了方向相反的回流区.底吹气体流量对钢液流动状态、气泡分布影响显著,底吹气体流量太大或太小都不利于改善钢液的流动状态.     

钢包精炼炉(LF)钢液流动的数学物理模拟与优化

应用相似原理和流体力学理论,利用电导率法和PHOENICS平台对钢包精炼炉(上、下口直径分别为2 310 mm和1 984 mm,内腔高2 620 mm,透气砖直径104 mm)钢液流动状态进行了水模拟和数学模拟,由实验和计算结果得出,离钢包底中心520 mm的2^#底吹位置比离中心354 mm的1^#位置获得的流场和均匀时间更合理,在≤300 L/min时,随吹气量增大,混匀时间减少,但>300 L/min时,继续增大吹气量,混匀时间不再变化。40 t BOF-LF-CC生产结果表明,采用优化工艺后,钢中全氧量降低2×10^-6,达到15.2×10^-6,钢中夹杂物也显著减少。     

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。