板坯连铸结晶器内液面波动数值模拟

以某厂190mm×1700mm连铸结晶器为研究对象,采用商业软件Fluent,应用VOF模型对结晶器内钢/渣界面波动进行数值模拟,主要研究拉速、浸入式水口倾角及水口插入深度等工艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响,并用水模实验进行了验证.结果表明,随着拉速的增大,浸入式水口倾角向下减小及水口插入深度的减小,液面波动明显增大,靠近窄面附近的波动较为显著,液渣层覆盖不均匀.当插入深度在140~180mm之间变化时,钢/渣界面波动幅度不大.     

吹氩对板坯连铸结晶器流体流动的影响

基于相似理论,利用物理模拟研究了吹氩条件下板坯连铸结晶器内的流场,重点研究了不同水口吹气量对结晶器内卷渣、渣层分布、液面波动、流股冲击深度等的影响.研究结果表明,随着水口吹气量增加,结晶器内的卷渣次数先减少后增加,水口附近的液面波动逐渐增强,流股冲击深度逐渐变浅.     

宽板坯连铸结晶器流场的水模拟研究

采用水模拟试验,研究了宽板坯用浸入式水口的出口面积比(分别为1.2、1.5、1.8、2.1)和出口倾角(分别为0°、15°、30°)对结晶器内流场和表面波动的影响.结果表明:(1)水口出口面积比对射流在结晶器窄壁的冲击强弱影响显著,随出口面积比变大,对窄壁的冲击逐渐减弱;液面波动随水口出口面积比变大而减弱.(2)水口出口倾角对上回流强弱影响显著,随水口出口倾角变大,上回流主涡旋强度逐渐减弱,当出口倾角为向下30°时,上回流大涡旋消失;液面波动随水口倾角变大而显著减弱.(3)综合分析后认为,水口出口面积比为1.8,出口倾角为0°时,液面较活跃,且下涡心位置较高,有利于钢液中夹杂物上浮及凝固壳的生长.     

板坯连铸结晶器内夹杂物运动行为的数值模拟

针对某钢厂板坯连铸结晶器的结构参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,用Fluent软件对结晶器内钢液流动行为和夹杂物运动行为进行了模拟,分析了不同颗粒直径,不同颗粒密度,不同颗粒数量及不同加入位置对夹杂物上浮的影响.研究结果表明,夹杂物的轨迹与钢液的流线图相似;夹杂物颗粒数量对去除率影响不大;夹杂物密度为3500kg/m3、直径为400μm时可以完全去除;密度较小且靠近浸入式水口壁面的夹杂物易被除去.     

板坯连铸电磁制动下结晶器内金属流场的研究

以水银为实验工质,通过物理模拟实验研究电磁制动下,板坯结晶器内钢水流动规律. 实验通过超声多普勒测速仪获取不同电磁制动方式[单条型电磁制动(EMBr-Ruler)和流动控制结晶器(FC Mold)]、水口浸入深度和结晶器宽度下的液流特征. 结果表明,在EMBr-Ruler或FC Mold II电磁制动下,结晶器窄壁处形成"液流通道",不利于结晶器内快速形成向下的活塞流. 水口出口距下区磁场越近或被磁场所覆盖,则通道效应减弱; 结晶器宽度增大,亦可降低该通道内液流的冲击效果. FC Mold II下,液面流速和湍流度比EMBr-Ruler时低[液面水平流速最大值分别为0.155 (Case 1)和0.134 m/s (Case 2)],且加大水口浸入深度,可降低液流撞击结晶器窄壁的水平流速[其最大值0.071 (Case 2)和0.068 m/s (Case 3)]. 结晶器宽度的变化不改变水口浸入深度对结晶器流场的影响规律.     

板坯连铸非对称操作工艺对结晶器液面涡流的影响

利用水模拟研究了连铸操作工艺对板坯结晶器液面涡流的影响规律,分析了各参数对液面涡流的影响. 结果表明,形成涡流的原因是表面流的湍动性造成的水口两侧表面流动量不对称和操作工艺导致的水口两侧表面流不对称. 相同拉速下,液面涡流在滑板全开启时出现的次数较不全开启时减少7~9次/min;增加水口滑板下方浇管长度对调整滑板不全开启时浇管内的液流流态有利,但对降低液面涡流出现的频度效果有限;当水口出口部分堵塞时,涡流出现的频度迅速上升,滑板开启40%和60%时,单侧出口堵塞70%时的液面涡流频率是未堵塞时的2.2和2.9倍.     

板坯连铸结晶器内钢液流动特征的模拟

研究了板坯连铸工艺参数对结晶器三维流场的影响.考察的工艺参数包括浸入深度、水口倾角和水口结构形状,考察指标为内部流场以及冲击深度和表面湍动能.利用CFX软件采用数值计算方法进行了实验模拟研究.模拟研究结果表明,水口浸入深度增加,熔池表面附近向上运动的回流区加大;水口倾角增大,上部回流区变大,下部回流中心下移;浸入深度增加,则冲击深度增加;水口倾角增大,冲击深度减小.浸入深度增加,表面湍动能减小;水口倾角增大,表面湍动能增大.本研究与实际工艺研究是相辅相成的,为工艺技术研究提供了一种灵活、方便、高精度的辅助工具.     

水口倾孔倾角对异型坯结晶器流场和液面波动的影响

基于湍流与多相流模型的耦合,分析了三侧孔水口的侧孔倾角对异型坯结晶器内流场和自由液面波动的影响.结果表明,采用侧开孔型水口时,随着水口侧孔向上倾角的增大,冲击点位置向上移动,结晶器内表面流速和液面波高相应增大;水口倾角由-3°增加到15°时,结晶器z方向表面流速由0.18 m/s增加到0.24 m/s,z方向由0.10 m/s增加到0.21 m/s:水口倾角由-3°增加到15°时,结晶器z方向波高差由3.6 mm增加到5.3mm,x方向由3.3 mm增加到6.9mm.     

板坯连铸结晶器内流场的数值模拟

针对某钢厂板坯连铸机结晶器的结构和工艺参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,用商用软件FLUENT,运用湍流动能Κ方程和湍流动能散耗率ε方程的Κ-ε方程模型在给定的数值计算条件下,对板坯连铸结晶器内钢液的流场进行了模拟.通过模拟浇注初期钢液的流动状态,分析了结晶器内流场的基本特征.同时模拟计算了浸入式水口的出口倾角、插入深度以及拉速对钢液流动的影响.得出了满足断面要求的合理工艺参数:水口倾角为向下15°,插入深度为200mm,拉坯速度为1.3 m/min.     

板坯连铸中电磁制动方式对结晶器中钢液流场的影响

以水银模拟钢水,研究了板坯连铸电磁制动过程中不同拉速下,不同电磁制动方式[单条型电磁制动(EMBr-Ruler)和流动控制结晶器(FC Mold)]对结晶器内钢水流动的影响规律. 实验表明,(1) FC Mold可有效抑制结晶器内液面流及其波动行为(拉速0.52 m/min时最大液面流速和湍流度分别为无电磁制动时的1/5和1/6); (2)两种电磁制动方式均会压缩水口出流的扩张空间,结晶器窄壁附近向下液流的竖直流速剧增[拉速0.41 m/min时最大竖直流速由0.030 m/s(无电磁制动)增至0.066 (EMBr-Ruler)和0.057 m/s (FC Mold)],不利于快速形成活塞流;(3)高拉速(如2.0 m/min)时FC Mold电磁制动可获得较好的流场形态(液面最大流速为0.028 m/s),中拉速(如1.3 m/min)时EMBr-Ruler电磁制动所得流态较好,而低拉速(如1.0 m/min)时2种电磁制动方式均未获得预想的效果,甚至会恶化结晶器内原有的流态.     

连铸结晶器漩涡现象的物理模拟

利用物理模型考察了操作参数对结晶器内漩涡产生频率的影响. 结果表明: 漩涡呈单个或成对形式在水口一侧间歇性出现,是由于两个相向表面流相互剪切而形成的;漩涡的出现频率随拉速的增加而增加,随水口浸入深度的增加而减小,随水口张角的减小而增大;通过改进水口设计可以阻止漩涡的形成.     

薄板坯连铸结晶器内钢液流动与传热及凝固耦合的数值模拟

针对断面为135 mm×1200 mm的薄板坯连铸结晶器,建立了4孔浸入式水口下薄板坯连铸结晶器内钢液流动、传热和凝固耦合的三维数学模型,引入F数评价薄板坯连铸结晶器内液面波动情况,分析结晶器内钢液流动、温度分布及凝固坯壳厚度的变化情况. 结果表明,用F数评价薄板坯连铸结晶器内液面波动可行,拉速由1.44 m/min增加到1.80 m/min时,钢液液面波动的F数由1.05增加到2.55,凝固壳厚度(dshell)与凝固时间(t)满足关系式dshell=18.92t1/2?1.05,模拟结果与文献实验结果基本一致.     

吹氩板坯连铸结晶器内夹杂物去除的数值模拟

针对吹氩板坯连铸结晶器内非金属夹杂物去除问题,采用准单相模型和离散相模型描述了水-空气-夹杂模拟物体系和钢液-氩气-夹杂物体系的粒子行为和去除效率.结果表明,吹氩有利于夹杂物上浮去除,同一气量(6.0L/min)下夹杂物在拉速1.3m/min时去除率最低.同一拉速(1.2m/min)下存在临界气量9.0L/min,小于临界气量,吹氩可增加夹杂物上浮率,减小进入铸坯率;大于临界气量,夹杂物上浮率减少,进入铸坯率增大.准单相模型和离散相模型能较好地模拟夹杂物在气液两相中的运动和去除.     

板坯连铸凝固过程动态耦合数值模拟

基于实际生产测得的数据,采用连续动态三维耦合模型对板坯连铸凝固过程的流场、温度场和凝固进行模拟. 结果表明,由浸入式水口进入的钢液在结晶器内冲击形成上下两股回流,凝固促进了流动速度的衰减,提高拉速扩大了回流区域;结晶器内铸坯宽面偏角部100~150 mm处存在局部过热,在结晶器出口,拉速由0.02 m/s增加到0.025 m/s,坯壳厚度减小约3 mm.     

316不锈钢连铸工艺参数对结晶器内坯壳厚度影响模拟

为研究连铸过程中拉速及过热度对凝固传热的影响,采用商业有限元软件ANSYS,对316不锈钢板坯厚度生长情况进行了模拟. 采用2-D模型,分别计算了拉速为0.4, 0.5, 0.6 m/min及过热度为30, 40, 50℃时坯壳出口温度、坯壳厚度及表面温度的变化,探讨了坯壳生长及厚度变化规律. 结果表明,拉速从0.4~0.6 m/min变化,坯壳出口温度升高83℃、坯壳的出口厚度平均减薄3.2 mm、表面温度随拉速提高而升高;过热度从30~50℃变化,坯壳出口温度升高20℃、表面温度平均升高20℃、坯壳的出口厚度平均减薄1.35 mm.     

连铸结晶器内非金属夹杂物运动行为模拟

通过联立求解Navier-Stokes方程和颗粒运动轨迹方程来确定非金属夹杂物在钢液中的上浮速度,对板坯结晶器内夹杂物的运动规律进行了模拟,并用个别实验结果进行了验证. 结果表明: 夹杂物颗粒粒径越大,浮力作用越明显,其下潜深度越小,停留时间缩短,夹杂物上浮的可能性越大. 为保证夹杂物顺利上浮至渣层被去除,在本计算条件下, 连铸机垂直段长度应大于2.5 m.