控流装置对四流中间包钢水洁净度的影响

为了研究控流装置对中间包钢水洁净度的影响,采用数值模拟和工业试验验证结合的方法对钢厂方坯连铸中间包进行优化。通过在原型中间包基础上增加U型挡墙,使得响应时间增加5 s,峰值时间增加371 s,改善了钢液在中间包内的短路流现象;平均停留时间增加53 s,死区体积分数减小4.1%,活塞区体积分数增加17.3%,改善了夹杂物上浮的条件;各流一致性水平也得到了提高。工业试验结果表明,在受钢区与浇注区之间增加U型挡墙,使得中间包钢液中夹杂物去除率增加了29.05%,中间包各个区域夹杂物最大尺寸最大可减小26 μm,铸坯上夹杂物去除率增加38.42%,铸坯上夹杂物最大尺寸降至16 μm以下。在中间包中使用U型挡墙,提高了钢水的洁净度以及铸坯实物的质量。     

通道式感应加热中间包流场物理模拟研究

根据相似原理采用1:2水模型研究了断面为1300 mm×2.2 mm的薄带感应加热连铸中间包内钢液的流动特征。通过测定中间包在有无挡墙条件下,中间包出口处停留时间分布曲线,计算其平均停留时间,死区,活塞区和全混区的体积分数。结果表明,采用上下挡墙的组合方式能有效地改善感应加热中间包内的流场。距离通道出口处380 mm设置高度为100 mm的挡墙,在通道上方设置高度为420 mm的挡墙后,使中间包内的死区体积分数由16.2%降低到5.4%,中间包内钢液的平均停留时间由797 s提高到900 s,短路流现象基本消除。     

两流中间包控流装置优化的物理模拟与应用

以太钢两流对称板坯连铸中间包为研究原型,采用物理模拟的方法研究抑湍器以及挡墙、挡坝位置对中间包流场的影响。物理模拟结果表明,中间包未设置任何控流装置时存在短路流,死区比例高达36.47%;中间包使用抑湍器后,响应时间增加了13.5 s,平均停留时间延长了34.8 s,死区体积降低了6.33%;保持挡墙的位置不变,将挡坝距长水口的距离增加100 mm,更利于改善中间包流场。通过现场试验表明,中间包优化后铸坯全氧质量分数由平均2.02×10~(-7)降低至1.55×10~(-7),减少了30.32%。     

板坯连铸70 t中间包流场优化

通过数值模拟对板坯70 t中间包不同上下挡墙组合形式下的流场特性进行了研究。数模结果表明:原型中间包可以较好控制注流区的流动,但是由于增加了短上挡墙,没有明显增加活塞区比例,同时在短上挡墙附近形成了回流区(死区),不利于夹杂物的去除。优化控流方式后,平均停留时间由原来的992 s提高至1 036 s,死区体积比例由优化前的8.7%减少至7.1%。工业试验表明,优化后中间包在降低铸坯总氧和减少大尺寸夹杂物方面均优于原型中间包。     

单流不对称中间包上下挡墙配合控流优化设计

以相似原理为基础,采用1∶2的水模型,研究了150 mm×1 268 mm板坯连铸单流不对称中间包内钢液的流动特征,通过对不同上下挡墙组合方式的研究,得出最优的组合方式,并与原型中间包的组合方式进行流场效果对比。结果表明,原型中间包控流装置的组合存在一些问题,通过正交试验得到上下挡墙的最优组合方案,优化后中间包的平均停留时间较原型提高了53.8%,包内的滞止时间较原型增加了13.75%,死区比例由41.20%降低至9.56%,活塞区比例增加11.33%,并且包内钢液的流动状态得到较大改善。     

板坯连铸IF钢中间包控流装置优化水模型研究

以相似原理为基础,用水模拟钢液研究中间包内的钢水流动特征,通过测定模型中间包内停留时间分布曲线,计算其平均停留时间及死区,活塞区和混合区的体积.得出了最有利于改善中间包钢液流动的控流装置组合为下挡墙+湍流控制器,并得出了其具体位置.优化后的中间包比原中间包死区体积下降了4.1%,活塞流增加了8.7%.     

两流连铸中间包控流装置的优化设计

针对两流连铸中间包,采用数值模拟方法,研究了12种控流装置对流体流动特性的影响。结果表明:中间包内不设置控流装置时,出流水口的响应时间和峰值时间均较小;合理的控流装置设计可延长钢液在中间包内的平均停留时间,提高活塞流区的体积,降低死区的体积。通过对流场和RTD曲线的综合分析,湍流控制器+坝的控流效果最好,中间包的死区体积分数减少到16.51%,死区所占的比例大大降低,浇注区由死区占主导地位变为活塞流占主导地位;不采用湍流控制器的挡墙也得到较好的控流效果,死区体积分数减少到24.32%。     

板坯中间包控流装置优化的数值模拟

以某钢厂板坯连铸中间包为模型,利用数学模拟方法,对中间包内钢液流场进行研究。采用正交试验法研究了堰坝距离、坝的高度和堰的插入深度对中间包内钢液流场及RTD曲线的影响,得出各因素对活塞区体积的影响程度及最佳控流装置组合,为现场提出了控流装置的优化方案。优化后中间包活塞区由62.23%提高至70.75%,死区比例由7.11%降至5.75%,明显提高了中间包的冶金功能。     

塞棒和挡墙对中间包出口汇流漩涡的影响

中间包内钢水在自由流出过程中容易产生汇流漩涡。汇流漩涡会引起空气和钢渣的吸入,降低钢水质量。中间包内通常设有塞棒、挡墙等常用的控流装置来优化流场。以国内某厂对称四流圆坯T形中间包为研究对象,采用数学模型模拟塞棒和挡墙对中间包出水口处汇流漩涡的影响,并用水模型验证。模拟结果表明,设有塞棒和挡墙的中间包对抑制汇流漩涡的形成效果最好。     

六流中间包夹杂物去除的物理与数学模拟实验研究

以某钢厂六流对称小方坯连铸中间包为研究原型,采用水力学试验和数值模拟相结合的方法研究多孔挡墙对中间包内夹杂物去除率的影响,并得到最优的中间包结构。实验结果表明,在中间包未添加多孔挡墙控流装置时,中间包夹杂物的去除率很小,水力学实验结果为61.51%,数值模拟实验结果为73.3%;采用优化后的30°多孔挡墙型挡墙后,中间包的夹杂物去除率得到明显改善,水力学实验结果为82.45%,数值模拟实验结果为83.0%,多孔挡墙的添加有助于中间包中夹杂物的去除。     

控流装置对中间包流场影响的水模型研究

以相似原理为基础,建立1[∶]3的水模型,对某钢厂二流板坯连铸中间包进行研究。对挡坝孔大小及位置优化试验表明,随孔径的增加,平均停留时间先增加,后减小,孔径为90～120 mm左右时,平均停留时间最长;孔高和孔底与挡坝底部距离共同影响钢液在中间包内的平均停留时间和死区比例,总体来讲孔高较小对改善流场更有利,在挡坝的基础上添加小挡坝并不能有效延长钢液在中间包停留时间,但较高的小挡坝能有效增加钢液的滞止时间;优化后中包较原型中间包平均停留时间增加40 s,死区体积由原来的19.5%下降至9.0%。     

双流T-型中间包的流场模拟及其控流结构优化

以北方某钢厂双流T型中间包为原型,在保持原生产节奏的基础上,设计了两种控流装置优化方案1与优化方案2。优化方案1即为在中间包注流区加入了一个导流隔墙,在隔墙上开两个直径为120 mm,倾角向上15°的导流隔墙孔来控制钢液的流动;优化方案2为在优化方案1的基础上,在距离中间包中心线两侧1 500 mm的地方各加一个高度为300 mm的挡坝。采用数值模拟与冷态水模拟相结合的手段,对3种中间包结构的流场进行了模拟研究。研究结果表明：对于双流T型双流中间包,无控流装置时,原中间包结构内存在较多短路流,不利于夹杂物的去除。相对于优化方案1与原包结构,优化方案2的死区体积分数降低到了9.4%,钢液平均停留时间明显增长并且中间包浇注区温度明显提高且分布较为均匀。因此,优化方案2更加适用于此钢厂的中间包结构。     

挡墙设计对四流T型中间包钢液流动行为的影响

挡墙设计在T型中间包流场控制方面扮演着重要角色。以某钢厂四机四流T型中间包为研究对象,采用水模拟“刺激-响应”的试验方法,对比研究了不同导流孔的挡墙对中间包内钢液流动模式和各出口一致性的影响规律。研究结果表明,中间包现有结构下的死区处于较低水平,存在远流与近流响应时间差别较大的现象,且流量的增加会恶化中间包钢液的混匀效果。优化方案通过减小导流孔的直径并设计向上45°的倾角,在中间包内产生了较大的环流结构,延长了近流出口的响应时间,活塞区比例从6.61%增加到了9.04%;各流的一致性指数从22.8降低到了9.6,降幅为58%,死区比例也略有减少,有利于改善中间包的整体冶金效果。     

中间包流场控制技术的进展

合理控制中间包的流场有利于促进钢液中夹杂物上浮、均匀钢液成分和温度。水模型试验和数值模拟是两种主要的中间包流场研究方法,各有优缺点应相互补充。数值模拟成本低廉速度快,但受限于边界条件的不确定性和湍流模型的局限性难以完全真实反映中间包内的流场。水模型试验能够较为准确地模拟中间包内流场,但无法准确模拟温度场、水口结瘤、覆盖剂和吹气等对中间包流场的影响。研究表明,湍流控制器对降低长水口钢液射流的湍动能、均匀钢液温度和成分、聚拢射流让其转向向上流动降低死区体积分数、延长平均停留时间和优化流场结构具有很好的作用。湍流控制器、堰、坝和导流挡墙合理组合,协同发挥的控流效果,优于单一控流装置的效果。合理调节堰与包底距离、挡坝高度、堰与挡坝距离、堰与出流口距离、挡坝开孔的个数、尺寸和角度,可以优化中间包流场,促进夹杂物去除。气幕挡墙对钢液进行气洗可以提高钢液洁净度。环形气幕挡墙解决了条形气幕挡墙夹杂物去除率低、且不稳定的问题,提高了夹杂物去除率。最后,中间包流场数学模型精细化,并考虑连铸过程中更多工艺与边界条件的影响是未来发展的趋势。对于中间包流场研究的特定问题,针对性设定优化指标,会使得优化研究工作事半功倍。水模型试验作为中间包控流技术的另一种重要研究手段,同样越趋精确化,不断有研究者以提高试验精度为目的在试验方法和测量原理上进行探索和创新。     

双流板坯连铸机中间包系统优化

为了提高铸坯质量与减少中间包铸余,对中间包内腔、包盖结构、连续测温位置、非稳态拉速控制等方面优化。通过工厂生产性验证,快换中间包浇次中间包内钢水平均铸余由17.5 t降低至15.5 t、单开停浇浇次中间包内钢水平均铸余由13.5 t降低至12.5 t,连铸成坯率提高0.12%;中间包IF钢增氮不高于0.000 5%的合格率由原来76.8%提高至82.3%;夹杂缺陷封闭率和改判率降幅分别达到36%和30%。有效提高了铸坯质量,并实现连铸生产成本的降低。     

中间包流场数值模拟

针对邯钢三炼钢8机8流方坯连铸机中间包,通过建立数值模型,研究在设置挡渣墙和坝前后以及不同的挡渣墙情况下,中间包内钢水流场规律,并通过RTD曲线分析了连铸中间包内挡渣墙和坝对其钢液流场的影响,为优化方坯中间包钢水流场积累了很好的技术经验。     

中间包底吹气正交试验数值模拟研究

针对宝钢特钢连铸坯生产过程中存在明显地卷渣问题,采用正交试验设计方法,对中间包内钢液流动过程进行数值模拟,研究了坝堰位置、坝堰高度、吹气量大小及吹气位置等因素对平均停留时间、死区体积、活塞区体积的影响,以期为中间包内钢液流场优化提供依据。结果表明：在正交优化的最佳方案基础上,吹气位置设置在离中间包入水口中心距离1 700 mm处时,死区比例小,活塞区体积大,平均停留时间长。     

连铸单流中间包钢液非稳态流动行为物理模拟

针对非稳态换包过程对钢水洁净度显著恶化问题,基于相似原理,构建了相似比为1∶2的中间包物理模型,对单流中间内钢液非稳态流动行为进行了系统研究。研究结果表明,稳态条件下通过设置尺寸合理的堰坝和湍流控制器可以有效改善中间包内流体的流动状态。非稳态条件下,当钢包换包结束,中间包液位回升过程中,钢液平均停留时间随液位的上升而延长,最长可达497s;死区体积分率随液位回升而逐渐减小,最小降至23.91%。换包过程中液位的降低和回升伴随着流动状态的剧烈波动,最终恶化了非金属夹杂物上浮去除行为。     

通道式感应加热中间包钢液流动特性的数值模拟

通道式感应加热中间包能够有效补偿钢液在浇注过程中产生的温降。钢液流动特性是影响通道式感应加热中间包冶金过程的关键。采用ANSYS软件求解电磁场、流场和温度场控制方程,得到通道式感应加热中间包稳态流场和温度场;在此基础上,求解示踪剂溶质输运方程,得到RTD曲线。数值结果表明,浇注口温度提高20K;相比于无感应加热的通道式中间包,应用通道式感应加热后,总体平均停留时间延长48s,总体死区体积分率缩小为21.5%;通道式感应加热中间包的电磁力对钢液的搅拌作用是影响流动形态的主要因素,焦耳热引起的热对流是影响流动形态的次要因素。