方坯连铸结晶器内表面流速与卷渣行为模拟

针对中小断面方坯侧分水口浇铸技术,以实际180 mm×240 mm断面方坯连铸结晶器为原型,基于相似原理,采用1：1的物理模型,比较了直通型和侧分旋流型水口浇注时在不同拉速和浸入深度下的结晶器内自由表面流速和渣层状态。结果表明：相同的浸入深度和拉速下,旋流型水口浇注时结晶器内各测点表面流速比直通型水口大;在实验条件下,直通型水口表面流速为0.010～0.023 m/s,旋流型水口为0.010～0.055 m/s,拉速和浸入深度对旋流型水口表面流速的影响较直通型水口显著;此外,采用旋流水口时结晶器的渣层波动要比采用直通型水口时频繁,拉速1.0 m/min、浸入深度120 mm时,其渣层波动适宜,钢渣界面活跃且无卷渣和裸钢现象发生,此时两测点的表面流速分别为0.028和0.032 m/s,是较适宜的工艺条件。     

漏斗形结晶器液面流场物理试验与数值模拟分析

当FTSC薄板坯连铸机生产拉速提高到4～6 m/min时,浸入式水口通钢量增加,结晶器内流场扰动加剧,卷渣率提高,对生产顺行及铸坯质量都将产生重大影响。因此,为了解结晶器液面流场,根据实际生产情况,制作了1∶1的结晶器水物理模型,并通过Fluent软件对结晶器液面流场进行了数值模拟,研究了水口浸入深度及拉速对液面流场的影响。结果表明,在水模型物理试验中,水口浸入深度恒定为130 mm时,拉速在4～6 m/min范围内,结晶器表面流速随着拉速的提高而增大,其最大值范围为0.401～0.693 m/s;在6 m/min恒定拉速下,水口浸入深度在130～190 mm范围内,结晶器表面流速随着水口浸入深度的增加而减小,其最大值范围为0.503～0.690 m/s。在数值模拟中,水口浸入深度恒定为130 mm时,拉速在4～6 m/min范围内,结晶器表面流速随着拉速的提高而增大,其最大值范围为0.50～0.75 m/s;在6 m/min恒定拉速下,水口浸入深度在130～190 mm范围内,结晶器表面流速随着水口深入深度的增加而减小,其最大值范围为0.65～0.75 m/s。结晶器表面流速随着距水口中心距离的增大有先增加后减小的规律。     

直通型水口浸入深度对220 mm×260 mm方坯结晶器流场影响

结晶器内钢液流动状态会直接影响铸坯的质量,不合理的流场会导致液面流速过大,弯月面波动过大,造成卷渣。采用几何相似1：1水模型和Fluent流体力学软件研究了220 mm×260 mm方坯结晶器直通型水口浇注下,不同浸入深度对结晶器液面波动、表面流速、流场分布、冲击深度、保护渣覆盖的影响。结果表明：直通型水口流股集中,冲击深度较大,液面波动均匀,波动受浸入深度和拉速的影响较小。保护渣渣层覆盖良好,渣层均匀,出现卷渣的可能性较小。综合考虑冲击深度,保护渣活跃程度,结晶器电磁搅拌的影响,现场合适的浸入深度为80～100 mm。     

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。     

板坯连铸结晶器边部卷渣的水模型研究

以某钢厂板坯连铸结晶器为原型,采用1：1的水模型研究方法,系统地研究了不同连铸工艺和操作参数下,结晶器边部保护渣卷入同结晶器液面波动和表面流速之间的关系,结果得出临界卷渣液面波动值和临界卷渣表面流速值。     

板坯连铸结晶器内流场与钢-渣界面波动性数值模拟分析

基于Fluent商用有限元平台,以1 300×200 mm板坯连铸结晶器为研究对象,结合其实际生产工艺,利用VOF方法建模计算,并追踪结晶器内钢-渣界面运动;分析了拉速和水口浸入深度对系统流场和钢-渣界面波动性的影响规律,并通过水模实验验证了仿真模型准确性。同时,结合实际生产情况给出了结晶器钢-渣界面稳定性的控制措施。结果表明,拉速的增加会加剧结晶器弯月面处的界面波动,浸入深度的增加可有效抑制钢-渣界面波动,避免卷渣现象发生;根据数值模拟结果,为获得稳定流场和减少界面波动,建议的工艺匹配值为:拉坯速度1.2 m/min,水口浸入深度280 mm。     

水口结构对板坯结晶器液面流动行为的影响

针对不锈钢板坯轧材经常出现的夹渣和表面翘皮现象,以实际生产条件为背景,对其连铸结晶器内钢液流动行为与水口工艺的相关性进行了试验研究。基于相似原理建立了相似比0.65∶1的物理模型,对不同浸入式水口结构和浇注工艺参数下的结晶器液面状态进行了流体动力学行为评价与比较优化。其中,主要研究了拉速、浸入深度、水口倾孔倾角(4°、8°、15°)、侧孔形状(矩形、倒梯形)等对结晶器内液面波动和表面流速的影响。结果表明,连铸拉速和水口浸入深度对液面波动的影响比水口结构显著;水口上倾角由4°增大到8°、15°,结晶器表面流速有减小趋势,但因流股冲击深度减小,导致在结晶器弯月面处的波高增大。综合表明,针对实际连铸拉速1.10 m/min的需要,其适宜的水口结构为倒梯形水口侧孔、上倾8°,其在水口浸入深度110~120 mm范围内,液面平均波高为1.1~1.2 mm,平均表面流速约为0.103 m/s。同时用数值模拟方法比较了优化方案和原方案,同样表明优化方案液面较平稳,剪切卷渣概率较低。     

水口浸入深度对CSP结晶器内流场的影响

为了解决高拉速生产条件下CSP板坯表面质量问题,利用数值计算软件FLUENT针对某厂CSP连铸机水口插入深度对结晶器流场及液面波动的影响进行了数值模拟研究。研究结果表明,不同的水口浸入深度结晶器内流场基本相同,增加水口浸入深度对结晶器流场影响不明显,水口浸入深度的大小直接决定了从水口流出的流股撞击结晶器窄面位置的高低,同时得出,当水口浸入深度从300、340增大到380 mm时,液面处最大流速分别为0.180、0.160和0.127 m/s;增大水口浸入深度,结晶器上回流对结晶器液面的扰动将减弱,对应的卷渣次数减少。     

板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动及流动行为的数值模拟

建立了板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动行为的三维数学模型,利用数值模拟方法研究了磁场与流场耦合作用下不同工艺参数和电磁参数对结晶器内钢/渣界面波动行为及流场的影响,通过VOF方法对不同条件下的钢/渣界面进行捕捉,讨论不同磁极位置、水口倾角、拉速及线圈电流强度对结晶器内钢/渣界面波动行为和流动的影响。模拟结果表明：电磁制动的施加可以显著降低钢/渣界面波高,减小射流对结晶器窄面的冲击。拉速和水口浸入深度恒定时,磁极位置和水口角度直接影响结晶器内流场形式：当[P＝]40 mm时,增加线圈电流可以降低结晶器内钢/渣界面波高和表面流速,从而减小由液面波动引发卷渣的概率;当磁极距离水口较远时[（P＝]80 mm）,随着线圈电流强度的增大,水口射流的冲击方向向上偏转,引起上回流的流动强度增强,导致钢/渣界面波高增加,增大卷渣发生的概率。     

板坯连铸结晶器浸入式水口结构优化

针对断面为180×730 mm~2板坯结晶器液面波动较剧烈,易产生卷渣等问题,基于物理模拟和数值模拟对结晶器内钢液表面流速、液面波动和钢水凝固状况等复杂物理现象进行了研究;对拉速和浸入式水口的角度与底部结构进行了设计和优化,并通过物理模拟和数值模拟进行了验证。结果表明,倾角为20°、浸入式水口的底部结构为凹底30 mm,拉速为0.9～1.0 m/min,结晶器表面流速在0.18 m/s以下,液面波动较为平稳。     

钢渣综合利用

钢铁生产的副产物钢渣堆放占地造成了土地资源浪费,未经任何利用直接废弃,造成了巨大的资源与经济上的浪费。随着国家对环境保护以及土地资源的重视,钢渣处理已成为国内各大钢铁企业的工作重点。钢渣的处理与充分利用不仅能变废为宝,产生巨大的经济效益,而且是一项利国利民造福子孙的大事。日益成熟的钢渣处理工艺具有广阔的市场与经济效益,既保护了生态环境,又壮大了非钢产业,使废物资源得到合理利用。     

攀枝花西渣场高炉渣土的试验研究

以攀枝花西渣场高炉渣土作为研究对象，通过土的物理性试验，测得了高炉渣的天然密度、含水率和土粒比重、高炉渣土的级配累积曲线；通过轻型和重型击实试验，得出了最优含水量和最佳干密度；通过固结试验和直剪试验，以测其压缩系数和抗剪强度。以上试验初步揭示了高炉渣土的物理力学性质，为利用、改造高炉渣地基土打下了基础。     

Understanding Slag Freeze Linings

Slag freeze linings, the formation of protective deposit layers on the inner walls of furnaces and reactors, are increasingly used in industrial pyrometallurgical processes to ensure that furnace integrity is maintained in these aggressive, high-temperature environments. Most previous studies of freeze-linings have analyzed the formation of slag deposits based solely on heat transfer considerations. These thermal models have assumed that the interface between the stationary frozen layer and the agitated molten bath at steady-state deposit thickness consists of the primary phase, which stays in contact with the bulk liquid at the liquidus temperature. Recent experimental studies, however, have clearly demonstrated that the temperature of the deposit/liquid bath interface can be lower than the liquidus temperature of the bulk liquid. A conceptual framework has been proposed to explain the observations and the factors influencing the microstructure and the temperature of the interface at steady-state conditions. The observations are consistent with a dynamic steady state that is a balance between (I) the rate of nucleation and growth of solids on detached crystals in a subliquidus layer as this fluid material moves toward the stagnant deposit interface and (II) the dissolution of these detached crystals as they are transported away from the interface by turbulent eddies. It is argued that the assumption that the interface temperature is the liquidus of the bulk material represents only a limiting condition, and that the interface temperature can be between T _liquidus and T _solidus depending on the process conditions and bath chemistry. These findings have implications for the modeling approach and boundary conditions required to accurately describe these systems. They also indicate the opportunity to integrate considerations of heat and mass flows with the selection of melt chemistries in the design of future high temperature industrial reactors.     

转炉钢渣热焖渣自动控制及热焖作业介绍

转炉钢渣是转炉冶炼过程中的产物,是一种固体废弃物,占钢产量的10%左右。我国钢渣的综合利用率仅在10%左右。目前转炉钢渣的初步处理方法较多,转炉炼钢过程中,因造渣形成的液态转炉渣具有一定的黏性而夹裹部分金属铁,长期堆存渣场会占用场地,不能有效回收金属铁又会造成资源的浪费。焖渣法就是利用钢渣余热,在有盖容器内加入冷水后使其成为蒸汽,使钢渣得到消解,通过膨胀冷缩达到渣铁分离。处理后的钢渣,性能稳定,消除游离态CaO对钢渣性能的影响,可作为钢渣微粉、钢渣砖等的原料。     

铸造过程中渣粒运动轨迹及夹渣位置研究

铸件中的夹渣缺陷破坏了材料的连续性,易形成局部应力集中和疲劳裂纹扩展源,严重地影响了铸件的服役性能。由于渣粒数量众多,运动轨迹复杂,对其运动轨迹及停留位置预测较困难。本文通过铝合金应力框铸件的浇注试验,基于分散相粒子模型进行了充型和凝固过程中渣粒运动轨迹跟踪,分析了等直径二氧化硅渣粒在铸件和浇注系统各个关键位置的运动特征,获得了充型和凝固过程中金属液的流动规律、温度变化特点对渣粒运动轨迹及最终停留位置的影响规律。结果表明,金属液在充型过程中的局部流场特点和充型路径对夹渣缺陷的分布有较大的影响,型腔中产生涡旋流场处和流量较大的区域均易出现夹渣缺陷。同时验证了冒口具有明显的局部集渣作用,合理的开设和布置冒口能有效地降低铸件夹渣率。采用分散相粒子模型能有效地预测铸造过程中夹渣粒子的运动轨迹,为提高铸件质量提供参考。     

低分子聚乙烯模料渣化问题探讨

对低分子聚乙烯模料使用中出现的渣化现象进行了探讨，通过多次试验取得了理想的回收效果，证实了低分子聚乙烯模料没有皂化现象。     

钢渣处理工艺浅析

随着我国钢铁工业产能的增加,粗钢产量大幅度提高,钢渣产量也急剧上升,因而产生了各种钢渣处理工艺。文中对各种钢渣处理工艺进行了分析,钢铁厂可以根据自身特点来选择合理的处理工艺。     

利用铬渣制备耐火材料

从铁合金生产中排出的是一种有害废渣,而且排放量日益增加,对环境造成极大危害.本研究采用铁合金厂排放的含铬废渣,将废渣与镁砂以不同比例混合,测试了试样的体积密度、气孔率、常温耐压强度等常温性能,并用电镜对部分试样进行显微结构观察和矿物成分分析.结果表明:铬渣镁砂复合耐火材料的生产是可行的,在经过烧成后材料中生成大量的尖晶石和镁橄榄石相,试样的性能良好,完全可满足耐火材料使用的要求.当铬渣的加入量超过40%(质量分数, 下同)时,复合材料的性能下降较大,综合各项指标来看,为保证使用性能,铬渣的加入量应小于40%.     

渣气孔的实际观察

阐述渣气孔的分布和形态、渣气孔的成因、缺陷判断和防止措施。