薄板坯连铸用平头浸入式水口的研究开发

通过研究薄板坯连铸机大通钢量条件下结晶器内钢水的流动特性,分析了浸入式水口出口射流对熔池温度分布、结晶器内液面波动等的影响。唐钢研发的一种薄板坯连铸机用平头浸入式水口,优化了浸入式水口钢液出钢孔端面的形状结构和在结晶器内的浸入深度,使高温钢水覆盖了整个结晶器表面,有利于保护渣的融化,解决了薄板坯连铸机拉速提高对结晶器流场、铸坯质量等方面的影响。     

大方坯结晶器内流场及自由液面的数值模拟

对大方坯结晶器内钢水流动过程进行理论计算和分析，评估浸入式水口结构对结晶器内流场、自由液面波动的影响，并讨论有关工艺参数与浸入式水口结构参数之间的关系。     

280mm×380mm方坯连铸结晶器钢水流场的数值模拟

借助商业软件CFX4．4，对拉速O．8m／min、两孔浸入式水口结构内腔中的钢水流动和（衄）280×380×800结晶器内70L（0．70%℃）钢水流场进行了数值模拟。结果表明，侧孔倾角度10°、20°时，结晶器液面附近有二次漩涡出现，易造成卷渣；倾角30°时，液面相对平静；水口插入深度175—225mm时，水口射流对结晶器钢水液面没有明显的冲击。     

板坯连铸结晶器内钢水流场和传热凝固数值模拟

 以鞍山钢铁集团公司中薄板坯连铸机为研究对象,利用商业软件CFX44对结晶器内钢水流场和传热凝固进行了数值模拟,主要研究了三孔浸入式水口的冶金特征及其对结晶器内钢水流场和温度场的影响。结果表明,采用三孔浸入式水口可以优化结晶器内钢水流场和温度场,稳定坯壳发育和成形,防止拉漏。     

浸入式水口结构对板坯结晶器液面波动的影响

以1∶2. 3的几何相似比,建立了断面230 mm×1 930 mm板坯结晶器的钢液流动物理模型,研究不同的浸入式水口对结晶器流体流动和液面波动的影响,并进行了工业试验,测定了实际结晶器钢液面的波动。结果表明,凸底特别是较高凸底的浸入式水口容易在板坯结晶器两侧产生明显的不对称流动,结晶器两侧交替出现明显的液面凹陷,使得液面各点的波动差别大,且随浸入式水口浸入深度的增加液面波动不降低,在结晶器宽面1/4附近区域的液面波动比其它区域大。凹底的浸入式水口能够减轻结晶器两侧的不对称流动,从而避免液面凹陷的发生,液面各点的波动差别减小,液面波动随浸入式水口的浸入深度增加而下降。工业试验中优化的浸入式水口的结晶器液面波动的平均波高、最大波峰和最大波谷比原浸入式水口分别降低21. 70%,30. 70%和29. 18%。     

近终型异型坯连铸用扁平浸入式水口的设计开发

针对莱钢异型坯连铸机实现全保护浇注的要求,开发了一种超扁平形状的浸入式水口。该水口工作端采用了双侧孔结构,并结合不同浇注断面和拉速进行了导流方式优化,主要依据来自于结晶器内钢水流动、自由液面波动以及传热凝固等综合冶金行为的数值预报结果。热态生产试验表明,采用单支扁平形状浸入式水口实现异型坯连铸全保护浇注是可行的,所设计浸入式水口具有显著稳定结晶器熔池液面和促进保护渣熔化的作用,使用寿命初步达到要求,铸坯内外质量得到明显改善。     

连铸结晶器过程综合冶金行为的数值模拟

 结合连铸机设备工艺条件和所采用浸入式水口结构进行了结晶器内钢水流动、自由液面以及传热凝固等冶金现象的综合描述和数值分析。结果表明：浸入式水口通过控制钢水射流形态和强度可以显著影响结晶器熔池液面的起伏波动;上旋涡流股由液面返回时的抽引作用是波动起伏的主要原因,波谷处的液面流速最大;除钢水射流及其邻近钢水外,结晶器熔池中绝大部分钢水都因强烈对流和湍流扩散而保持其温度在液相线上恒定,研究条件下的熔池液面钢水最大过热度可达2 K以上,但此时的液面最大波高差和最大流速分别为9 mm和036 m/s。     

大方坯连铸结晶器内钢水流场的数值模拟

 采用数值模拟的方法对大方坯结晶器内钢水流动过程进行了理论计算和分析,评估了浸入式水口结构对结晶器综合冶金效果的影响,并讨论了有关工艺参数与浸入式水口结构参数的关系。结果表明,浸入式水口结构及其工艺参数对结晶器内钢水流场分布及湍流粘度分布影响显著。     

高速浇注板坯时浇注条件对连铸结晶器内钢水流动的影响

高速浇注时，容易发生因结晶器内保护渣的卷入而导致板坯表面下的缺陷。用水模拟试验和实机浇注试验研究了板坯连铸结晶器内钢水流动的行为。获得结果如下：（１）结晶器内钢水的液面波动，产生各种频率的波，这和钢水的表面流速有关；（２）水模拟试验揭示出，钢水液水液面的波动可通过使浸入式水口结构和其他浇注参数的最佳化来控制；（３）已表明了一个能表示结晶器窄边附近的钢水液面波动情况的参数（Ｆ值），它是在不同浇注条件     

板坯连铸机浸入式水口结构优化的水模研究

通过水力模型实验,研究了水口结构对南钢板坯连铸机结晶器内钢水流动特性的影响.研究结果表明:使用现有水口结晶器内液面波动大且存在明显裸露并有严重的卷渣现象,适当增加浸入式水口出口面积,在不改变水口其它结构参数和插入深度条件下,能够获得液面波动小,保护渣覆盖良好且没有卷渣的钢水流动特性,不仅能够实现提高拉速的要求,还能提高铸坯质量.     

板坯连铸水口内钢液流动的数值模拟

 运用CFX计算软件研究了大通钢量工况下板坯浸入式水口流场,分析了水口结构、结晶器流动控制方式、水口吹氩等对浸入式水口流场的影响。研究表明,适宜的水口结构和控流方式组合能获得最优的水口出口流股形态和稳定均衡的流场。在大通钢量下,塞棒、底部凸起水口结构是最佳组合。不适宜的工艺组合形成并加重水口偏流,造成结晶器初始坯壳的不均匀冲刷和液面涡流,进一步诱发水口堵塞、水口结瘤、结晶器非稳态和不均衡传热,最终导致铸坯缺陷甚至诱发拉漏事故。     

280 mm×380 mm方坯连铸结晶器钢水流场的数值模拟

借助商业软件CFX4.4,对拉速0.8 m/min、两孔浸人式水口结构内腔中的钢水流动和(mm)280×380 ×800结晶器内70L(0.70%C)钢水流场进行了数值模拟。结果表明,侧孔倾角度10°、20°时,结晶器液面附近有二次漩涡出现,易造成卷渣;倾角30°时,液面相对平静;水口插入深度175~225 mm时,水口射流对结晶器钢水液面没有明显的冲击。     

旋流水口对圆管坯连铸结晶器内钢水流场的影响

借助于流体力学分析软件Fluent,在圆管坯连铸浸入式水口上施加电磁力,对结晶器内钢水产生电磁搅拌作用使模型水口出流成螺旋状态的钢水流场进行了数值模拟。结果表明:旋流式水口有利于改善结晶器内的流场,有效降低冲击深度,增大液流向弯月面区域的回流和热流上传,提高了液面的活跃程度,增强钢水表面融渣的效果。     

CSP结晶器内钢液流动的水模型研究

采用1:1水力学模型对厚度60 mm薄板坯连铸水口浸入深度220～310 mm、出口角度-30°～-60°、拉速4.2～6.0 m/min条件下CSP结晶器内钢液流动行为进行模拟研究。在拉速4.2～5.0 m/min时双侧孔水口下CSP结晶器流场股流冲击深度达850～1010 mm;流场内存在三个滞区,液面波动不稳定;水口角度对结晶器窄面和水口附近波动影响很显著,拉速对结晶器和窄面中心处波动影响较大,浸入深度对水口附近波动影响较大。     

特大圆坯连铸用新型浸入式水口的设计与研究

 针对特大截面圆坯连续浇铸的特点,基于依靠浸入式水口自身结构减小钢流冲击深度,同时保证流动与传热沿周向分布均匀的思想,首次提出了新型浸入式伞形水口设计方案,并建立了结晶器内钢水的流-热-固耦合模型,对钢水的流动、传热和凝固行为进行了数值耦合模拟分析,验证了此水口的优越性与合理性：伞形水口的射流在结晶器内形成上下两个回流区,不仅有利于夹杂物、气体等的上浮分离,还能有效降低钢流冲击深度,使过热钢液均匀分布在结晶器上部,可提高弯月面温度和化渣效果;沿周向凝壳生长均匀,减轻了纵裂纹的萌生概率;在0.35m/min拉速下,出结晶器凝壳厚度达到31.2mm,满足安全生产要求。     

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。     

X形浸入式水口对结晶器内钢水流动影响的数值模拟

应用粘性流体力学的基本原理,釆用专业流体力学软件FLUENT对160mmx160mm方坯连铸X 形浸入式水口对结晶器内钢水流动的影响进行数值模拟,验证了 X形浸入式水口浇注时,通过两块半椭圆形 导流板上、下平面与倒锥形圆筒内腔围成的螺旋形导流通道的导向作用,使钢水以涡流形式进入到结晶器,能 有效减轻钢水的冲击深度,有利于夹杂物、气泡聚集升浮和提高连铸效率。