板坯连铸结晶器内凝固坯壳的三维数值模拟

基于流场和温度场的计算,对断面为1 780 mm×225 mm的板坯结晶器进行数值模拟,考虑3种不同水口条件下,钢液流动对凝固壳的冲刷,计算出凝固壳厚度的三维分布特征,并与二维切片法的计算结果进行了对比。结果表明:有水口时结晶器角部位置凝固壳最大值为约45mm,宽面和窄面中心凝固厚度壳最大值为24mm,分别比无水口条件下凝固壳薄1~2 mm;钢液的扩散会使凝固壳在距离结晶器角部300mm和顶部400mm的位置形成约深度2.5mm的凹陷;同时钢液会冲刷整个结晶器窄面的凝固壳,在窄面中心最严重;对比不同的水口,凸底水口冲刷最大,凹底最小。     

基于 PIV 技术的板坯连铸结晶器内钢水流动行为研究

利用粒子图像测速技术,以200 mm×2040 mm板坯连铸结晶器为原型,建立1：4水模型进行实验,对结晶器内钢液流动形态、流速及各流态所占比例、液面波动、以水口为中心结晶器两侧对称点速度随时间的变化、水口两侧液面水平流速、水口两侧对称位置液面至结晶器底部垂直方向速度和钢液对两侧窄面的冲击深度进行系统地研究和分析,并对比拉速的影响.研究表明,粒子图像测速技术不仅可以测量结晶器内流场流速,还可以对流场对称性进行全方位、多角度定量分析,为研究连铸参数变化,比如拉速、水口结构和水口浸入深度,对板坯连铸结晶器内钢液流动及对称性的影响提供一种较为精确的方法和思路.通过分析得出,在本实验条件下拉速0.5 m·min-1优于0.6 m·min-1.     

水口侧孔倾角对大方坯结晶器流场和液面波动的影响

基于湍流模型与多相流模型的耦合,实现了对结晶器流动与自由液面波动行为的计算模拟.分析研究了不同侧孔倾角对对称多侧孔水口浇注大方坯结晶器内流场及自由液面波动的影响规律.结果表明:水口侧孔向下角度每增加5°,结晶器宽面和窄面冲击点位置分别下降约13 mm和10 mm;一定浸入深度下,钢水出口向下倾角的大小对大方坯结晶器液面波动影响不大,在3 mm以内;结晶器壁面附近的钢液较水口附近钢液活跃.推荐水口侧孔向下倾角为20°.     

宽板坯连铸结晶器流场的数值模拟

针对某钢厂150 mm×1503 mm宽板坯连铸结晶器生产中出现的表面波动及卷渣情况,利用FLUENT软件对其进行了三维稳态数学计算.计算以流体表面流速为主要衡量指标,研究了出水口的倾斜角度、倒角形状对该水口作用下结晶器内流场的影响.计算结果表明,原型结晶器浸入式水口作用下,流场内的表面流速大,射流冲击深度小,液面波动大,卷渣严重.改变出水口的倾斜角度,结晶器内表面流速依旧较大,依然有较严重的卷渣现象发生.改用方案3出水口倒角形状改为相切后,表面流速由原型最大的0.6 m/s减小到0.2 m/s,冲击深度增加,流场改善,卷渣问题得到解决.     

板坯连铸结晶器数值模拟

运用Fluent 6.3对板坯连铸结晶器进行数值计算,研究拉速、水口浸入深度及水口开口角度对流场的影响.结果表明:对于断面1400 mm×230 mm结晶器,随拉速增加,液面最大水平和垂直流速均增加,而窄边冲击点的位置基本不变,随距液面距离增加,窄边速度先增加后减小,直至趋向于零;当拉速超过1.2 m.min-1时,液面水平速度增加明显.随水口浸入深度增加,液面最大水平流速减小,浸入深度超过140 mm时,最大水平流速变化不明显;垂直于液面方向的最大速度逐渐增加;对窄边冲击点影响较小.随水口开口向下角度增加,液面最大水平流速减小后增加,水口开口向下12.5°时液面最大水平流速最小,而水口开口向下10°～12.5°时窄边冲击点速度最小.     

合金钢大方坯连铸结晶器用SEN的优化

采用物理模拟的方法,对合金钢大方坯连铸结晶器用的浸入式水口(SEN)进行研究,结果发现,原四孔SEN倒吸现象严重.优化试验显示,将SEN的平底改为凹底并缩小面积比,可提高出孔的充满度,减弱倒吸现象.在试验条件下,SEN的结构参数和工艺参数对液面波动影响不大;出口面积比对冲击压力、到达液面时间、混均时间、冲击深度等影响不大;底型对冲击压力的影响最大;出孔倾角对冲击深度、混均时间和到达液面时间的影响最显著;插入深度可以进行调节.     

薄板坯连铸机新型浸入式水口

基于相似原理,采用1:1的水模型,模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液的流场.采用SG800水工数据采集系统对结晶器内液面波动和注流冲击深度进行了定量测量.针对薄板坯连铸高拉速的需要,开发了一种新型的耗散型浸入式水口.通过研究耗散水口上下出口面积比、出口角度以及拉坯速度对结晶器液面波动和对结晶器窄边冲击情况的影响,找出了其中的变化规律,为优化耗散式水口的结构和工艺参数提供了理论依据.通过与普通双侧孔水口的试验比较,证明耗散型水口是一种适合薄板坯连铸高拉速生产的新型水口.     

凝固坯壳对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响

采用1:1的水模型研究了高拉速条件下凝固坯壳对结晶器内的流场与液面特征的影响.结果表明:考虑凝固坯壳时结晶器内的流场出现了轻微的不对称现象,在高拉速条件下(2.4m·min^-1),有坯壳时结晶器液面最大平均波高与表面流速比没有坯壳时分别大31%和35%.对比有/无坯壳条件下自由液面形状可知:考虑凝固坯壳之后的液面变形程度比没有考虑时更大,更易导致卷渣的发生.液面波动的功傅里叶变换分析表明:考虑坯壳之后结晶器液面的高频率波动的振幅大于无坯壳的情形,所以考虑坯壳之后由于结晶器下部内腔变小,更多的流股能量集中在上回流区,使得上回流的湍流程度比无坯壳时要大,进而导致了液面波动与表面流速的增大.因此,为了缩小与实际连铸过程的差别,在高拉速的物理模拟中有必要考虑凝固坯壳的影响.     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以安钢宽板坯连铸为研究对象,采用大型商业软件ANSYSCFX10.0,应用VOF法重点研究浸入式水口倾角、拉速、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度从1800mm增大到3250mm,结晶器内液面平均波高明显降低.当宽度为1800mm时,结晶器保护渣-钢液界面平均波高为5.33mm;当宽度增至3250mm时,平均波高为7.08mm.     

FTSC薄板坯连铸用两种浸入式水口的水模型

为分析结晶器内液面波动和流动规律,基于相似原理,采用1∶1水模型,通过着色流体观察流体流动方式和采用DJ800水工数据采集系统对结晶器内液面波动进行测量,对比研究FTSC薄板坯连铸在2种不同结构的浸入式水口(SEN)工作时拉坯速度对结晶器内液面波动的影响关系。结果表明:在结晶器宽度、SEN类型、浸入深度相同时,随着拉速增加结晶器液面波动幅度增大,2孔SEN相比4孔SEN的最大波高更小,在高拉速时更适用;在大断面1.5m生产时,2种SEN的最大波高均有所增大。4孔SEN比2孔SEN多形成2个对称成略带向上角度的上部流股,从而多形成2个旋转流区。     

板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟

基于流体力学基本原理,采用Fluent软件建立板坯连铸结晶器及浸入式水口的三维有限元体积模型,模拟研究了水口不对中和水口单孔结瘤条件下结晶器内流体的流动特征和温度场分布状况.结果表明:水口对中不良时,结晶器两侧回流明显不对称,液面会产生旋涡,水口偏向侧温度高于水口偏离侧;水口出口单孔结瘤时,未结瘤侧流股增强,液面流速增大,并且液面有涡流产生,结瘤侧新鲜钢液减少,温度偏低.     

板坯连铸结晶器内流场与液面波动的模拟研究

通过建立结晶器原型数学模型和相似比为1:1.5的结晶器水模型并结合PIV测速技术,研究了吹氩流量、拉坯速度、水口倾角和水口浸入深度对连铸结晶器内钢液流动和钢-渣界面波动情况的影响.结果表明,不同条件下,通过数值模拟方法得到的钢液流动行为与水模型实验结果相符;适当增大吹氩流量有利于降低窄面液面波高,但吹氩流量过大会加剧水...     

结晶器内钢液流动特性的优化

以大板坯连铸结晶器为研究对象,采用水模型和数值模拟的方法研究了不同水口出口角度对结晶器内钢液流动的影响.结果表明:现行15°水口在距结晶器边部50 mm的位置,表面流速和波高较小,传递给弯月面的热量较少,不利于保护渣的熔化;射流撞击到结晶器窄边的位置较深,压力较大,对撞击点下部坯壳的冲击力也较大;水口出口角度改为10°后,结晶器漏钢预报系统的报警次数大大减少,杜绝了漏钢的事故.     

宽板坯结晶器流场和温度场数值模拟优化分析

以某钢厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,通过FLUENT商业软件模拟结晶器内温度和速度场分布,证明原有水口存在上循环弱,热交换慢,保护渣熔化不均匀等缺点是铸坯出现表面纵裂纹的主要原因.针对原水口的缺点,设计出满足现场生产工艺条件的水口形状为扁形、侧孔倾角-15°、底部形状为凸底的新结晶器浸入式水口,并运用数值模拟手段对新水口形成的钢液流动形式进行了分析.结果表明,新水口各项参数均明显优于原有水口,现场实验证明新水口使用效果良好.     

连铸结晶器液面波动的模拟

基于Ｆｒ－Ｗｅ相似特征数，通过相似比例为０．６的水模型实验，系统地研究了拉速、浸入深度、吹气量、水口直径和侧孔倾角对结晶器液面波动的影响。结果表明：结晶器液面波动是由于气泡的逸出，流股对液面的直接冲击和驻波综合作用造成的；结晶器液面波随吹气量的增加而增加而增大，拉速、浸入式水口的浸入深度、直径及侧孔倾角对液面波动的影响具有双重性。     

异型坯连铸结晶器内流场

经过数模和水模研究得到：影响异型坯结晶器内流场,结晶器腹板处上、下回流区的大小及结晶器液面波动的因素有：水口开孔的夹角、水口的出口倾角、铸坯拉速及水口浸入深度．在工作拉速时,采用120°夹角、出口倾角为9°、浸入深度为75mm（换算到原型为150mm）的水口,结晶器内的流体的流动状态较为合理．     

FTSC薄板坯四孔水口冶金特点

利用PHOENICS软件对FTSC薄板坯结晶器四孔浸入式水口形成的结晶器流场、冶金特点进行了优化研究,FTSC薄板坯采用四孔浸人式水口,出口流速小,使紊流和弯月面下速度减至最小.钢流冲击深度浅,对凝固前沿冲击小,有利于初期坯壳的形成及夹杂物的上浮:该水口有两流钢液向上流出,结晶器钢液面温度高,适应了薄板坏连铸保护渣熔化速度快的需要:水口插入深度260mm、水口倾角20°,可保证任何浇铸条件下的最佳流体动力学.     

CSP结晶器内钢液面动态失稳现象的水模型实验

利用1∶1的水力学模型对双侧孔水口下CSP结晶器内部流场流动进行了瞬态研究.结果表明,液面波动具有明显的周期性加剧现象,称之为"液面动态失稳".讨论了不同工艺参数下液面动态失稳的规律,用示踪实验法研究了流场内部的流动特征,分析了"液面动态失稳"与内部流场运动关系.液面的动态失稳现象主要是结晶器内的湍动能由下而上聚集并迅速耗散引起.     

CSP结晶器内卷渣的瞬态特征

利用1∶1的水力学模型对双侧孔水口结构下的CSP结晶器内卷渣现象进行了模拟.结果表明:由于双侧孔水口下结晶器内液面的动态失稳现象,导致其液面卷渣呈周期性;液面失稳态时会发生连续剪切卷渣,液面卷渣有效涡主要出现在液面失稳态,拉速对液面卷渣影响较大.分析了液渣滴在结晶器内运动的瞬态特征.CSP结晶器内液面卷渣的周期性导致铸坯内大型夹杂物纵向分布差异较大.     

FTSC薄板坯四孔水口冶金特点

利用PHOENICS软件对FTSC薄板坯结晶器四孔浸入式水口形成的结晶器流场、冶金特点进行了优化研究,FTSC薄板坯采用四孔浸人式水口,出口流速小,使紊流和弯月面下速度减至最小。钢流冲击深度浅,对凝固前沿冲击小,有利于初期坯壳的形成及夹杂物的上浮:该水口有两流钢液向上流出,结晶器钢液面温度高,适应了薄板坏连铸保护渣熔化速度快的需要:水口插入深度260mm、水口倾角20°,可保证任何浇铸条件下的最佳流体动力学。