电磁旋流水口在钢圆坯连铸中的作用

机械式旋流水口连铸的工业试验结果表明:弯月面的钢液温度、稳定性以及铸坯的等轴晶率等能得到显著提高。但该工艺难以工业应用。本文作者提出了一种新的旋流连铸工艺,即利用水口外的旋转电磁场对钢液的洛伦兹力,使水口内钢液形成旋转流动。本研究通过磁场和流场的三维数值模拟,分析了电磁旋流装置结构对圆坯连铸过程中浸入式水口及结晶器内钢液速度的大小及分布的影响,并应用低熔点合金进行了实验验证。结果表明:非接触方式的电磁力可以有效地使钢液在浸入式水口内产生旋转流动。在同等条件下,圆形电磁旋流装置时钢液的速度分布最对称,速度值最大;改进马蹄形时的水口内流场分布与圆形的较为接近,比采用马蹄形时的更为对称,且速度值更大。在结晶器内,电磁旋流使钢液的冲击深度变小,上返流增强。这有利于温度的均匀化,提高弯月面的温度,以及促进夹杂物的上浮。考虑工业生产的操作方便问题,改进马蹄形电磁旋流装置比较适合生产实际。电磁旋流实验的结果验证了数值模拟的结果及计算方法的可靠性。     

一种新的旋流连铸技术——电磁旋流水口

日本及中国的学者研究表明,在连铸过程中浸入式水口内的旋转流动可以有效改善结晶器内的流体流动状态并提高钢坯的表面和内部质量。笔者提出一种新的旋流连铸技术,即利用水口外的旋转电磁场对钢液的洛伦兹力,使水口内钢液形成旋转流动。对圆形电磁旋流装置作用下圆坯及方坯连铸过程结晶器内钢液流场进行了三维数值模拟,分析了350 A电磁旋流作用下圆坯及方坯结晶器内钢液流场。结果表明：①水口电磁旋流使得圆坯结晶器内的钢液都处于旋转状态。②有旋流时,在方坯结晶器角部的附近可以观察到水平流动;钢液的冲击深度更小,上返流增强。     

旋流水口对小方坯连铸结晶器流场影响的水模拟

通过在连铸水口的水力学模型内安置的旋流叶轮模拟了水口电磁搅拌的作用,使模型实验中水口出流呈螺旋状流态.用超声波Doppler测速仪定量测量结晶器模型内液流的垂直及水平速度,检验水口电磁搅拌的效果,分析有效的工艺参数.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,使液面形成水平环流,提高了液面的活跃程度,增强钢水表面融渣的效果.     

电磁制动对宽板坯高拉速结晶器内流场的影响

以Fluent6.3为计算平台,采用数值模拟方法研究了电磁制动不同参数下宽板坯高拉速结晶器内的流场。结果表明,电磁制动可有效控制结晶器内钢液的流动,改变钢液的流动方向,改善钢液上下环流区的分配率。在静磁场作用下,上部环流区的流动增强,下部环流区流动减弱,自由液面的波动减轻。     

Influence of Joint EMSFN and M-EMS on Fluid Flow in the Mold During Continuous Casting

Homogenization of physical properties and the chemical composition through the control of liquid metal flow is essential during the continuous casting production of billets. This work was aimed at obtaining improved finished products via continuous casting that implements two magnetic fields. These fields were realized via two electromagnetic stirring processes implemented in a single process: one in the nozzle and one in the mold. The qualitative effects of applying double electromagnetic stirring (EMS) were verified through numerical simulation of 178 mm?×?178 mm square billets exposed to double electromagnetic fields during the continuous casting process. The accuracy of the numerical calculations was verified via physical experiments. In addition, the final simulation results were compared with the intermediate results, to determine the true effects of different EMS on the metal flow in the mold. The results revealed that casting using EMS with different directions of magnetic field in the mold and the nozzle has the best effect on the distribution of the fluid flow and minimal influence on the stability of the meniscus and yields the minimum metal-jet penetration into the mold.     

不同宽度板坯结晶器浸入式水口优化的水模研究

采用1:2比例水模型进行物理模拟实验,研究了230mm×(1030,1270,1520,1650)mm宽度的板坯连铸结晶器的流场,优化浸入式水口结构。结果表明,在钢通量一定的情况下,随着结晶器断面宽度的不断增大,同一水口的流股冲击深度增大,整个液面活跃程度逐渐降低,导致液面偏死。可以通过改变水口的比面积,侧孔倾角,高宽比等水口结构参数来适应不同宽度的板坯结晶器连铸工艺要求。     

连铸结晶器电磁制动对铸坯中非金属夹杂物影响的研究

对梅钢2^#连铸机采用的FC-Mold（Flow Control Mold）全幅二段电磁制动器对钢中非金属夹杂物的影响进行了研究。结果表明,采用电磁制动后,铸坯中心的夹杂物总个数少于未采用电磁制动的铸坯,而前者边部的夹杂物个数则是后者的2.06倍;铸坯中心和边部的夹杂物平均直径和平均面积均有所减小,铸坯中心的平均面积减小量达到8.44μm^2。钢中的夹杂物主要为直径全部小于20μm的Al2O3、MnS和CaS夹杂物,还有少量含K、Na的夹杂物。未采用电磁制动的铸坯中含K、Na夹杂物的数量明显多于采用电磁制动的铸坯。采用电磁制动明显降低结晶器液面的波动幅度,这有助于减少卷渣几率。电磁制动使用技术还有待于进一步优化研究。     

铝合金电磁连铸技术的基础研究

研究在冷坩埚式结晶器外施加中频电磁场对铝合金连续铸造铸锭表面品质的影响，通过测量结晶器内的磁场分布确定了铝合金电磁连铸的基本工艺参数；研究结果表明，采用在结晶器壁开缝的方法可以有效的提高结晶器内的磁感应强度；当本工艺开缝数在12－18年条件下，磁场分布基本均匀，施加中频电磁场可有效地消除偏析瘤，明显地改善连铸坯的表面品质。     

EFFECT OF SEN DESIGN ON SURFACE FLUCTUATION AND SOLIDIFYING SHELL IN SLAB MOLD AND ITS OPTIMIZATION

Turbulent flow and heat transfer coupled with solidification in slab continuous casting mold was studied by numerical simulation method. Volume of fluid （VOF） model is used to solve steel-air two-phase flow problem and enthalpy-porosity scheme is introduced to solve the fluid flow problem involving solidification. Contributions of various nozzle port angles and port widths and heights on the free surface fluctuation and the thickness of solidifying shell in slab mold were particularly investigated, based on which the structure of submerged entry nozzle was optimized. Flow inside the common nozzle port cannot fill the entire outlet area, having a recirculation in the upper portion of the port, which is enlarged for the nozzle port with both larger height and width. Results show that the flow in mold cavity is mainly controlled by the nozzle port angle. The increase of the angle of upper face of the port to shape a roughly streamlined inner-wall improves the effective area fraction of the nozzle, resulting in less jet impingement, weaker free surface turbulence and thicker solidifying steel shell.     

利用弯水口提高离心式中间包钢液旋流强度的研究

针对离心式中间包电磁驱动旋流强度不充分的问题,探讨在不增加外加能量或动力的情况下,利用弯水口将钢包内钢液的位置势能转化为水平出流动能以增强旋转室内钢液旋流强度的可能性.利用水模型观察实验,结合数值模拟手段,证明了弯水口注流可以增强离心式中间包旋转室内的旋流强度,在本研究条件下可以使最大速度值增加约15%.     

铜电磁连铸的数值计算

为了研制高致密度铜坯，应用电磁连铸工艺于铜圆坯连铸，探索电磁连铸技术在铜连铸上的可行性，通过改变电流和频率，以便找出其对磁场分布的影响。对空载下圆坯结晶器内的磁场进行了测量和分析，并此由得到了源电流对磁场分布的影响。同时采用有限元法ＡＮＳＹＳ商业软件求解，为进一步发展研究建立了一定的基础。     

板坯结晶器电磁搅拌电磁场与流场的数值模拟

建立了板坯结晶器电磁搅拌过程电磁场与流场计算的三维数学模型,采用SIMPLER方法对2对极和4对极条件下的电磁场与流场进行了数值求解。结果表明:磁感应强度B和电磁力F都呈现出关于结晶器中心对称的规律;结晶器两侧每一对N、S极之间的水平面内,电磁力都呈现圆周状分布的规律;板坯宽面边缘的电磁力较大,而板坯窄面边缘和中心区域的电磁力较小;与4对极相比,2对极产生的磁感应强度和电磁力大,钢液的流速大,搅拌强度大;无结晶器电磁搅拌时,铸坯边缘的纵断面的流场主要分成四个回流区;而有结晶器电磁搅拌时,左侧的两个回流区基本消失,右侧两个回流区减小。     

薄板坯连铸凝固过程中宏观偏析的数值模拟

建立了连铸凝固宏观传输过程的温度场、溶质场、紊流流场模型,并对其进行了耦合求解.模拟分析了薄板坯凝固过程和宏观偏析的形成过程.计算表明,浸入式水口射流冲击到结晶器窄壁后形成上下两股回流,液相的紊流流动对传热、传质等都有显著的影响.随凝固的进行,液相中的溶质不断富集,最终在铸坯的中心区域形成宏观偏析.采用Schneider等的溶质传输模型,计算了固相溶质逆扩散对糊状区及固相溶质分布的影响.     

板坯连铸高拉速生产实践

为了提高首钢京唐炼钢的生产节奏,缩短连铸生产周期。研究在现有铸机参数的基础上,通过对结晶器冷却水、二冷配水、浸入式水口结构、保护渣成分等参数进行优化,3号铸机的最高拉速达到2.5 m/min,超过2.3 m/min的设计值。工业生产实践表明,转炉出钢温度降低,铸坯表层的夹杂物数量减少,提高了铸坯质量,体现了新一代钢铁工艺流程的优势。     

宽厚板坯连铸结晶器内的钢液流场的数值模拟

基于流体力学的基本理论,针对连铸结晶器的结构和工艺参数,利用商业软件fluent的k-ε湍流模型,实现了对结晶器内钢液流场的三维数学模拟。重点分析了浸入式水口的插入深度、水口侧孔倾角以及拉速等工艺参数对结晶器钢液流场的影响。结果表明：对于断面为2300mm×250mm的板坯结晶器,水口插入深度为150mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1.2m/min时,结晶器内的流场较好。数值模拟结果可为宽厚板坯连铸结晶器确定合理工艺参数提供理论依据。     

板坯浸入式水口的优化

以某厂铸机断面为250mm×1 600mm的结晶器为研究对象,用物理模拟与数值模拟的方法进行研究,优化水口结构与工艺参数,以改善结晶器内钢液的流场分布。试验结果表明:优化的浸入式水口的结构参数为底部形状凹底、出口形状跑道形、出口倾角-10°、出口面积比2.233,结合现场生产实际建议浸入深度140mm、拉坯速度1.1m/min。     

一种污水灌溉喷头流道的数值模拟及结构优化

喷头是喷灌系统的重要组成部分,喷头内流道的能量损失直接影响到整个喷灌系统的喷洒质量。通过三维软件UG建立了喷头内流道的二维片体CFD模型,并以Fluent软件为平台,运用N-S方程和k-ε方程对喷头内流道的速度、压力、湍流动能等做了两相流数值模拟计算,计算结果表明:传统摇臂式喷头内流道中存在速度旋流、压力损耗与湍流动能突变等缺陷,能量损失较大。根据此仿真结果,对喷头流道的结构作了相应的优化,优化后的喷头流道速度旋流、压力损耗与湍流动能突变等缺陷得到明显的改善,能量损失减小。表明采用CFD方法能较好地模拟流道内部流动情况,为喷头流道结构的优化提供参考。     

薄板坯连铸连轧技术发展现状

根据国内外薄板坯连铸连轧技术的发展和特点，结合首钢机电公司制造三套薄板坯连铸机的经验，对中、薄板坯连铸连轧技术的发展趋势进行了展望。     

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。热态生产试验指出,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。     

连铸中间包水口堵塞的数值模拟

采用数值模拟方法研究了水口内钢水流场形态及各种因素对水口沉积速率的影响．模拟结果表明：滑板附近处以及水口底部的沉积比其它地方更为明显;吹氩量对水口内的压力存在较大的影响,压力在滑动水口处存在突降;滑动水口开度为66．45％时,浇铸速度为1．2m／min的情况下,要防止吸气,最小吹氩量必须大于10L／min．Al2O3的沉积速率与其浓度成线性增加关系;随着浇铸速度的提高,沉积速率也逐步增大．在吹氩量合适的范围内,吹氩能够降低沉积速率．对于同一拉速,5和30L／min的吹氩量对降低沉积速率的效果相近．