两流中间包流场的物理模拟与结构优化

研究了坝、堰的结构和安装位置对55 t两流板坯连铸中间包内流体流动状态的影响,结合RTD曲线计算出的平均停留时间,确定了优化的中间包结构。研究表明:坝、堰组合之后可以改变流体的流动状态,延长流体运动的轨迹,提高流体的平均停留时间,但流体经过坝、堰后都存在一定体积的死区。采用坝1、堰1组合方案的中间包结构最佳,该方案的平均停留时间最长为299 s,死区体积分数最小为31.0%。优化控流参数后,在坝、堰间距为290 mm,堰到长水口间距为383 mm时,流体在中间包内的平均停留时间最长为351 s,死区体积分数最小为19.0%,比不加坝、堰的方案平均停留时间增加了65 s,死区体积分数减小了15.0%。由Newton公式计算表明,此优化方案的中间包去除夹杂物的临界直径为17.5μm,在351 s内夹杂物均能上浮去除。     

透气砖对底吹中间包钢液流动特性影响的水力学模拟

采用不同性能参数的多孔透气砖进行中间包底部吹气水模实验，研究透气砖的气孔率、透气度、平均孔径对所形成的气泡大小和能形成有效气幕所需条件的影响，并分析使用不同透气砖时的RTD曲线，对使用不同透气砖时的吹气参数进行了优化。研究结果表明，透气砖的气孔率、透气度越小，形成的气泡越小，能形成有效气幕所要求的吹气量越大。采用中间包底部吹气技术，当控制的吹气参数合理时，可以有效地延长钢液的平均停留时间，降低死区体积；在中间包底部同一位置吹气时，气体通过的透气砖不同，要求的吹气参数不同。     

7流方坯连铸中间包结构优化

在实验室建立了7流中间包流体流动的物理模型,研究不同的控流装置组成的中间包结构对流体流动特性的影响.研究结果表明,采用原设计的导流隔墙,中间包的流体流动特性差,最小停留时间和峰值时间小,特别是第3,4流.各流的平均停留时间短,死区体积分数大于49%.中间包结构优化后,中间包流体流动特性得到很大改善,各流的停留时间分布曲线由尖窄形变成了宽矮形,最小停留时间在44.75～73.75s之间,平均停留时间延长,均在400s以上,死区体积分数显著降低,在14.45%～21.10%之间.多流中间包应有合适的冲击区体积,设计的控流装置应考虑中间包两端的控流作用.     

电磁净化中间包传输特性的水模拟

为了得到电磁净化中间包中流体的流动及传输特性,以及旋转运动在中间包净化钢液中所起的作用,采用中间包物理模拟方法,对电磁净化中间包中不同控流装置配置和旋转速度下的停留时间分布曲线进行了测试,并对流场进行了显示实验.结果表明:电磁净化中间包圆形腔中的旋转运动能够减小中间包中滞留区分数,增加活塞区比例,同时增长平均停留时间,有利于中间包内夹杂物的去除;但旋转速度不是越高越好,存在一个最佳值.     

两流T型连铸中间包结构优化

在实验室中以1∶2.5几何相似比建立了两流T型中间包钢液流动的物理模型,保持弗劳德数相等进行物理模拟实验.实验结果表明,原方案中间包结构的最小停留时间为35.00 s,峰值时间为103.75 s左右,平均停留时间约为273.42 s,活塞流体积分数约为17.88%,死区体积分数为29.53%.采用湍控器、一堰和两坝作为该中间包的控流装置,可以大幅度改善中间包的流体流动特性.结构改进后的中间包流体流动特性:最小停留时间达到151.75 s,峰值时间为281.25 s,平均停留时间为354.16 s,活塞流体积分数为55.80%,死区体积分数降低到8.73%.     

连铸中间包钢水停留时间分布的模拟研究

中间包是钢水流入结晶器的最后一个冶金容器,它对铸坯质量有重大影响。为减少铸坯中的夹杂物,必须改善钢水在中间包内的停留时间分布和流动状态,使夹杂物充分上浮分离。 本文用水力学模型和光电示踪法,研究了中间包流量、液面高度、挡墙形式和钢流注入方式等对平均停留时间和流动状态的影响,指出了中间包液面高度对平均停留时间影响最为显著,而挡墙的作用在于改善了钢水流动的轨迹。     

兴澄特钢中间包结构优化

以兴澄特钢连铸中间包为工程背景,根据相似原理建立了中间包水模型系统,研究了4流不同结构的中间包的流体流动特性.研究表明:原结构的中间包同一侧的两流之间的流体流动特性存在很大差异,与内侧流相比,外侧流的最小停留时间、峰值时间小,死区体积大,造成中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效地上浮去除,不能很好地满足高质量特钢生产的要求.采用优化后的挡墙和坝组合的中间包控流装置,外侧和内侧的停留时间分布趋于一致,表明外侧流和内侧流之间流动特性相近.中间包结构优化后平均死区百分数由原结构的58.2%降低到10.9%.     

五流大方坯中间包流场优化

针对某钢厂五流大方坯中间包3流铸坯探伤不合格率较高的问题,采用数值模拟方法,研究不同结构中间包钢液的流场.结果表明,该钢厂现使用的中间包结构不合理,近流有短路流出现,且各流差异较大,不利于去除钢液中的夹杂物和提高各流间钢液的均匀性;采用大冲击区,挡墙中墙不开孔、侧墙开4个孔,设置2个坝的中间包结构最佳;中间包结构优化后,消除了近流的短路流,中间包钢液平均停留时间达652.9 s,各流示踪剂浓度的标准差仅为0.011 9,死区体积分数也仅为21.96%,既有利于夹杂物上浮去除,也保证了各流间钢液的均匀性.     

中间包钢液流动行为的数值模拟及控流装置优化

针对某钢厂四流大方坯连铸过程中铸坯夹杂物含量较高、各流流动状态不一致等问题,本文提出了关于中间包内控流装置(坝高和导流孔结构)的改进方案,采用数值模拟方法对比研究了不同方案下中间包钢液的流场及停留时间分布(RTD)等特征。结果表明,与原型中间包相比,适当增加坝高及下层导流孔的上倾角度,有利于改善中间包钢液的流动特性,各流之间的均匀性明显提高,钢液在中间包内的停留时间有所延长,死区体积分数下降,有效减弱了中间包短路流,中间包冶金功能得到改善;控流装置最佳参数为:坝高300 mm,上层和下层导流孔角度分别为20°和45°,此时对应的钢液在中间包内的平均停留时间为210 s,死区体积分数仅为13.2%。     

单流板坯连铸中间包结构优化

通过对单流板坯连铸中间包的水模实验,研究了不同控流装置对中间包流动特性的影响.研究结果表明,堰、坝的尺寸和位置与湍流控制器(TI)的结构对中间包流动特性影响很大,在该中间包内使用不带顶檐的湍流控制器效果好于带顶檐的湍流控制器.与原方案中间包结构相比,优化后的中间包的流体流动特性得到很大改善,最小停留时间和峰值时间分别从64s和81 s提高到了81 s和163 s,平均停留时间从237s延长到了314 s,死区体积分数从35%降低到了14%,降低了60%.     

Water modeling of molten steel flow in a multi-strand tundish with gas blowing

Fluid flow characteristics in a four-strand tundish with gas blowing were studied by water modeling experiments. It is found that gas blowing can greatly improve the flow characteristics in the tundish with a turbulence inhibitor. It dramatically increases the peak concentration time, and greatly decreases the dead volume, and reduces the minimum residence time. The gas blowing location, gas flow rate, and porous plug area greatly influence the flow characteristics in the tundish; the gas blowing location near the baffle, smaller gas flow rate, and smaller porous plug area are better for improving the fluid flow characteristics. Using gas blowing can reduce the difference of flows at the middle outlets and side outlets for the multi-strand tundish. Bubbles produced by gas blowing can absorb small inclusions and provide the condition for inclusion collision and aggregation. Therefore, introducing gas blowing into a tundish and combining the turbulence inhibitor can improve inclusion floating and removal, and the cleanness of molten steel can be advanced.     

Improvement of tundish shape and optimization of flow control devices for sequence casting heavy steel ingots

The metallurgical effect of a round tundish used to cast heavy steel ingots in machine works at present was evaluated through water modeling experiments. The flow control devices of the improved oval tundish, which was used instead of the round tundish, had been optimized. The results show that the residence time of the round tundish is short, its inclusion removal efficiency is too low, and it has more dead zones and an unreasonable flow field. Compared with the round tundish, the improved oval tundish with the optimized weir and dam has a better effect:its minimum residence time is prolonged by 38.1 s, the average residence time is prolonged by 233.4 s, its dead volume fraction decreases from 26% to 15%, and the ratio of plug volume fraction to dead volume fraction increases from 0.54 to 1.27. The inclusion removal efficiency also increases by 17.5%.     

底吹中间包内钢液及夹杂物运动特性的数模研究

根据某厂实际中间包的操作工艺参数，采用欧拉两流体模型和拉格郎日随机轨道模型，模拟计算采用湍流控制器和气幕挡墙技术的中间包内的钢液流动特性及钢水中夹杂物的运动行为，研究结果表明，中间包底部吹气过程可以有效地改善钢液的流动状态，消除短路流，起到中间包档墙的作用，并且增大夹杂物在中间包内上浮排出率，大大提高了钢水的清洁度．     

Fluid Flow in Tundish Due to Different Type Arrangement of Weir and Dam

Tundish is an important metallurgical reactor in the continuous casting process. In order to control the fluid flow in tundish and thus take full advantage of the residencetime available for the removal of inclusions from molten steel, the effect of weir and dam on the fluid flow has been studied in a water model based on the characteristic number Froude and Reynold number similarity criteria. The residence time distribution curves of the flow were measured by SG800. The optimum arrangement of darn and weir and the nonstationary flow in tundish were discussed. The results show that the combination of weir and dam is benefit for the flow pattern in tundish, weir can prevent the upper recirculating flow, dam can cut off the bottom flow and turn to upwards, it is advantageous to separate the nonmetallic inclusions. Furthermore, it is important to exceed the critical depth of bath during exchange ladles, not only for the inclusion floatation but also for avoiding tundish slag drainage earlier.     

钢液精炼和连铸过程中物理去除夹杂物现状及展望

夹杂物去除是钢液精炼的重要任务之一。目前与去除夹杂物相关的工艺方法主要有:钢包-电磁搅拌和钢包底吹氩;RH及RH侧底复吹;中间包-控流装置、气幕挡墙和通道电磁感应加热;结晶器电磁搅拌与电磁制动和水口吹氩。本文总结了钢水精炼中各个反应器去除夹杂物的方法和机理,并分析了影响夹杂物去除效率的主要因素,为钢水二次精炼的夹杂物去除工艺优化提供理论依据和参考。     

梅钢40 t板坯中间包的工业试验与仿真分析

梅山钢铁公司炼钢厂有2座150t的LD转炉,配40t板坯连铸中间包.为了了解和掌握中间包内部过程的基本特征,在实际中间包内对流动控制装置、钢水停留时间分布及熔池内温度分布情况进行了现场测试,并结合数学和物理模拟方法进行分析.研究结果表明钢包与中间包内钢水的温差对中间包内钢水的流动状态有很大影响,进而影响着中间包内许多冶金过程;实际中间包熔池内温度分布不均,即使没有任何流动控制装置,熔池内上部温度也高于下部温度,现场测定的停留时间曲线与传统的等温水模型实验结果相差较大;在大多数生产条件下,中间包内的流动是非等温流动,以等温条件为前提的挡板设计、控制参数可能与实际情况不符,应该重新鉴别.     

H型中间包与T型中间包的水模对比研究

进行了H型中间包的挡墙和坝的水模拟优化试验,确定出挡墙和坝的最佳设计方案。结合H型中间包的优点,与普遍使用的T型中间包进行了水模实验对比研究。研究表明：H型中间包内流动比T型中间包内更加稳定;当挡墙间距为130 mm、上挡墙高为87.5 mm、下挡墙高为52.5 mm时,H型中间包内液体的流动状态最好,死区体积比T型中间包小;符合工艺参数条件下增大中间包容积有利于停留时间的延长。