吹氩板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为的数值模拟

利用VOF方法和Lagrange两相流模型描述了吹氩结晶器内钢/渣界面行为,并用水模型实验检验了数值模拟结果.在此基础上考察了吹氩量、拉速、结晶器宽度、水口浸入深度及气泡尺寸对钢/渣界面卷混的影响规律.结果表明:拉速为1.8 m/min时,增大吹氩量,结晶器的上回流区逐渐消失,气泡对界面的扰动则不断加剧;吹氩量一定时,拉速由1.2 m/min增至2.2 m/min的过程中,气泡的冲击深度增加,氩气泡对钢液流型和界面形状的影响减弱;增加水口浸入深度对抑制吹氩下界面波动作用明显,而结晶器宽度对此影响较小;气泡尺寸显著影响钢/渣界面行为.     

板坯连铸结晶器内非对称流动对渣钢界面的影响

结晶器渣钢界面的控制是板坯连铸操作中的重要环节。为研究渣钢界面的流体动力学行为,建立了“空气保护渣钢液”三相流模型,运用雷诺应力模型和非均相混合模型对结晶器三相流场进行模拟研究,采用等体积分数法确定渣钢界面的形状及位置。浸入式水口对中不良时会导致结晶器内产生非对称流场,研究发现该流场的渣钢界面波动比相同操作参数下对称流场的界面波动要剧烈得多,且非对称流场的渣钢界面会有偏流甚至旋涡出现,对结晶器操作危害很大。     

板坯结晶器电磁制动和吹氩过程的钢/渣界面行为

利用数值模拟方法研究了板坯结晶器电磁制动和吹氩耦合作用下吹氩量,拉速和线圈电流强度等不同工艺参数对钢/渣界面行为的影响规律,分析了结晶器内液面波动指数F与液面波动间的关系.研究表明,在一定拉速和电磁制动条件下,吹氩量增加会加剧钢/渣界面的局部波动,F值随吹氩量增加而增大,弯月面处的液渣厚度与F值呈线性递增关系;在一定吹氩量和电磁制动条件下,拉速增加并没有恶化水口附近的钢/渣界面波动,而使F值增大,弯月面处的液渣厚度与F值呈线性递减关系;在一定拉速和吹氩量条件下,增加线圈电流强度会加剧水口附近的钢/渣界面波动.     

高拉速板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为的数值模拟

用数值模拟方法研究了高拉速下拉速、水口出口角度、浸入深度、铸坯宽度和保护渣黏度对钢/渣界面行为的影响规律,并利用水模型实验进行了验证.研究表明,在一定拉速下,增加水口浸入深度和向下的张角能有效抑制钢/渣界面波动;熔渣黏度对钢/渣界面形状几乎没有影响,而界面速度随熔渣黏度的增加而减小.     

电磁制动下钢液射流及钢-渣界面波动行为的数值模拟

建立了描述全幅一段电磁制动作用下结晶器内钢液射流及钢-渣界面波动行为的数学模型,采用数值模拟方法研究了不同电磁参数对结晶器内钢液射流及其引起的钢-渣界面波动行为的影响,分析了磁感应强度及水平磁极与浸入式水口之间距离变化对结晶器内钢液射流行为和钢-渣界面波动行为的影响。结果表明,当全幅一段电磁制动稳恒磁场同时覆盖射流冲击区域、上返流和下返流区域时(D=20mm),电磁制动的施加可以有效控制钢液射流结构,降低上返流和下返流钢液流速,稳定钢-渣界面波动;当电磁制动水平磁极与浸入式水口垂直距离较远时(D=220mm),增大磁感应强度不能对结晶器内上返流区域钢液流速进行抑制,不利于钢-渣界面波动的稳定,增大卷渣发生几率。     

薄板坯连铸结晶器内钢液流场电磁制动的模拟研究

采用模型实验结合数值模拟的方法分析了薄板坯连结晶器的电磁制动过程，在模型实验中，测量了磁感应强度和工质锡液速度场，在数学模型中，使用低Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数湍流模型封闭动量方程，结果表明，电磁制动能够有效地控制结晶器内流场，随着磁感应强度的增加，射流强度逐渐减弱直至在中途被堵截转向，同时，包括液面在内的整个结晶器内流场速度逐渐降低，在采用带形磁场制动的情况下，结晶器内液态金属的感应呈现为大范围的涡流分     

板坯连铸结晶器电磁制动技术

结合济钢一炼４号板坯连铸机的实际与已研究开发的结晶器局部区域电磁制动技术,在数值模拟的基础上,开发成功分体式电磁制动器和分层式结晶器水箱等成套技术,这是现有铸机采用电磁制动技术的是一个成功的途径。性能测试和在线工业试验表明,电磁制动装置的各项性能和使用效果是良好的。     

板坯连铸结晶器内钢液流动数值模拟

利用商业软件PHOENICS建立一个三维有限差分模型,对板坯连铸结晶器内钢液流动进行了数值模拟.重点研究了浸入式水口结构尺寸和工艺参数对连铸结晶器内液面紊动能和窄面冲击压力分布的影响.计算结果与水模实验结果吻合较好.     

方坯结晶器内钢液凝固及电磁制动的数值模拟

利用电磁流体力学（MHD）的基本理论及Bennon的连续介质模型,给出了方坯结晶器内钢液凝固及电磁制动的三维数学模型、磁场、流场和温度场的数值模拟表明,与钢液流场速度方向相反的电磁力是电磁制动的 直接原因;感生电流主要是集中在钢液入口处及其附近区域;电磁力能有效地改变方坯结晶器内的流场和温度场的分布,造成制动区域的下部呈现活塞流状态,降低了结晶器内高温钢液区域的温度梯度,提高了弯月面附近特别是上角部区域钢液的温度,减薄了上部凝固壳厚度。     

连铸电磁冶金技术：第四讲：板坯连铸结晶器电磁制动技术

1 发展背景对连铸生产的要求归结到一点就是高生产率下确保高质量。决定铸坯质量的重要因素之一是结晶器内钢水的流动和传热。结晶器内的流动支配着结晶器内夹杂物和气泡的上浮分离;弯月面附近的流动又支配着保护渣的卷吸及保护渣层熔融和铺展。因此,提高铸坯质量的关键是有效地控制结晶器内钢水的流动。     

The interfacial behavior of molten steel and liquid slag in a slab continuous casting mold with electromagnetic brake and argon gas injection

利用数值模拟方法研究了板坯结晶器电磁制动和吹氩耦合作用下吹氩量、拉速和线圈电流强度等不同工艺 参数对钢/渣界面行为的影响规律, 分析了结晶器内液面波动指数F与液面波动间的关系. 研究表明, 在一定拉速 和电磁制动条件下, 吹氩量增加会加剧钢/渣界面的局部波动, F值随吹氩量增加而增大, 弯月面处的液渣厚度与F 值呈线性递增关系; 在一定吹氩量和电磁制动条件下, 拉速增加并没有恶化水口附近的钢/渣界面波动, 而使F值 增大, 弯月面处的液渣厚度与$F$值呈线性递减关系; 在一定拉速和吹氩量条件下, 增加线圈电流强度会加剧水口附 近的钢/渣界面波动.     

立式电磁制动结晶器内金属液面波动行为的试验

以Sn-Pb-Bi低熔点合金为模拟介质,建立了立式电磁制动作用下结晶器内液态金属流动的物理模型,研究了立式电磁制动条件下结晶器内的金属液面波动行为。利用激光液位仪对磁极宽度中心位置处的金属液面瞬时波动进行测量,采用“浸度法”对结晶器厚度中心面处的弯月面波形进行测量。试验结果表明,随着电流强度的增加,立式电磁制动的施加可以显著降低液面波高,稳定液面波动,减小卷渣发生的可能性。     

连铸坯拉速对结晶器卷渣现象的影响

高拉速连铸具有高效、低成本的特点,是未来连铸的发展方向。以常规板坯结晶器为研究对象,采用大涡模拟方法对结晶器内的卷渣现象深入分析。结果表明,在连铸坯拉速较低的情况下,结晶器流场较为稳定,钢液冲击速度较小,上返流速度较小,界面波动幅度不大。在高拉速的情况下,钢液冲击速度增加,渣金界面速度及卷渣数量明显提高。通过界面最大速度分析,建立了一个临界卷渣速度的计算准则,发现不同拉速情况下的临界卷渣速度是不一样的,造成这种现象的原因在于卷渣机理的不同。本模型对控制常规板坯高拉速连铸生产具有一定指导意义。     

高拉速薄板坯连铸结晶器钢渣界面波动分析

为应对提高拉速薄板坯结晶器内钢液不稳定行为,以1 520 mm×90 mm薄板坯结晶器为研究对象,利用液面追踪技术VOF方法建模计算,对薄板坯钢渣界面进行了深入研究,实现了对薄板坯连铸结晶器内流体流动及钢/渣界面行为的模拟计算。并结合实际生产工艺,采用1∶1物理模型和数值模拟相互验证,分析了拉坯速度、浸入深度和保护渣黏度种类对结晶器流场及钢渣界面的影响。结果表明,当结晶器钢液面流速为0.20~0.25 m/s,且界面较平稳时,保护渣黏度高于0.237 Pa·s可以适用;当钢液流速为0.25~0.30 m/s,保护渣黏度为0.382 Pa·s时,现场低碳钢卷渣率小于0.5%,表现出良好的抗卷渣能力。     

2.05 m/min高拉速低碳钢FC控流结晶器的应用

板坯高速连铸因具有减少设备投资、增产增效和降低物料消耗的优势而受到越来越多的关注。为解决低碳钢浇铸周期与精炼周期的匹配问题和进一步提高生产效率,某钢厂开展了结晶器电磁制动参数优化的高速连铸工艺技术研究,施加磁场后,随着上线圈电流由模式A增加到模式C,结晶器表面的钢液流速由0.35 m/s减小至0.21 m/s,结晶器内上部流场流速减弱,在高拉速下可明显起到降低表面流速的作用,随着吹氩流量从12 L/min增加至20 L/min,钢液表面流速增加,随着水口浸入深度的增大,结晶器内的流场形态变化不明显,2.05 m/min拉速下夹杂物指数较1.8 m/min拉速夹杂物指数明显降低。     

连铸保护渣对GCr15轴承钢铸坯渣沟缺陷的影响

为了解决GCr15轴承钢连铸坯表面渣沟缺陷的问题,系统分析了所用保护渣的理化性能,以改善保护渣的熔化与润滑效果为出发点提出两种保护渣解决方案,并进行了工业试验。试验结果表明,采用低黏度、低熔点、烧结性能适宜的保护渣对改善铸坯渣沟缺陷效果显著。1 300℃时,保护渣高温黏度由0.35~0.55降低到0.15~0.25Pa·s,熔点由1 180~1 220降低到1 060~1 110℃,消耗量从0.27提到至0.35kg/t(钢),铸坯表面渣沟缺陷得到解决。     

电磁搅拌对液态夹杂物聚并及去除行为的影响规律

高拉速连铸具有高效、低成本的特点,是未来连铸的发展方向。以常规板坯结晶器为研究对象,基于大涡模拟理论及欧拉-拉格朗日方法,对CSP结晶器内的多相流动及夹杂物碰撞聚并及去除行为展开深入分析。结果表明,电磁搅拌加剧了钢液在结晶器中的湍流强度,并促使更多夹杂物聚并上浮至渣金界面。并且,由于水平方向流速较大,钢液射流被限制在了电磁搅拌区域,显著降低了钢液射流深度,有利于夹杂物上浮。此外,由于电磁力的存在加剧了渣金界面波动,容易造成卷渣,因此,电磁搅拌对夹杂物的去除影响是双向的,既会提升内生夹杂物去除率,也会增加外来夹杂物的卷入风险。本模型对控制CSP结晶器连铸过程具有一定指导意义。     

高拉速方坯连铸结晶器钢渣界面行为特征

对于高拉速连铸,结晶器内高通钢量下的钢液与保护渣流动行为控制是保证结晶器区合理凝固与冷却控制的重要一环。通过建立三维方坯连铸结晶器内多相流动、传热与凝固耦合数学模型,研究结晶器内高速钢液瞬态流动现象及其对液面波动与保护渣流动的影响。结果表明,结晶器内高速钢液冲击钢渣界面使弯月面处形成明显的凸起,同时导致水口附近界面波动剧烈。液态保护渣的流动行为受液面波动影响较大,不连续的保护渣流入造成了厚度不均匀的固态渣膜形成,不规整的固态渣膜转而又阻碍了液态保护渣的流入。     

板坯结晶器电磁制动三维电磁场的数值模拟

建立了板坯连铸结晶器电磁制动的电磁场的计算模型,分析在恒定电流作用条件下,结晶器内磁感应强度的分布情况,并与实测数据进行了对比。在不同电流作用下,讨论了结晶器内不同截面上磁感应强度的变化情况。结果表明：板坯结晶器电磁制动的磁场在铁芯处最大,并且在上下轭铁间形成了完整、封闭的磁回路,磁感应强度沿着结晶器高度方向呈现出类正弦分布的特征。在制动电流为300～700 A的工艺条件下,在距离结晶器上口约400～450 mm处,磁感应强度接近于0,此处的上部和下部区域内的磁感应强度的方向相反。电流大小的变化只会改变磁感应强度的大小,不会改变其分布,结晶器内磁场主要集中在水平方向,其它方向的分量较小。     

Influence of electromagnetic brake on flow field of liquid steel in the slab continuous casting mold

Metallurgical effect of electromagnetic brake (EMBR) could be influenced by many factors. A three-dimensional finite-volume mathematical model of region electromagnetic brake process has been built based on the theory of computational fluid dynamics (CFD) and magneto-hydrodynamics (MHD). Three-dimensional numerical simulation is studied by using the commercial software. The results from numerical simulation show that flow field in the mold can be effectively controlled by electromagnetic brake; electromagnetic force is the motive power of braking, the effects of EMBR is associated directly with the intensity magnitude of magnetic field, the reciprocal position between magnetic field and acting region and casting speed, etc.