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.     

321不锈钢小方坯浸入式水口堵塞研究

通过观测水口结瘤物的结构和成分的变化,对AISI 321不锈钢小方坯浸入式水口的堵塞机理进行了研究。水口的解剖结果表明水口结瘤物主要由TiN、金属相以及渣相组成。通过计算建立了钢液及凝固过程中TiN的热力学模型。研究发现,TiO2过渡层的存在、较高的钛氮浓度积、不佳的钢水洁净度是导致结瘤物形成的主要原因。因此堵塞机理可以表述为,首先浇注过程中钢液中的[ Ti]与耐火材料中的SiO2进行反应,TiO2过渡层会在浸入式水口内壁形成;钛氧化物的良好传热性能造成钢液温度下降进而导致TiN结瘤物的形成,且不佳的钢水洁净度则会进一步恶化钢水的可浇性;随着结瘤物的不断增长,最终导致水口堵塞。     

宽厚板坯连铸结晶器流场、温度场及应力场的耦合数值模拟

利用ProCAST软件对2400 mm×400 mm宽厚板坯结晶器建立三维动态模型,采用移动边界法实现结晶器内流场、温度场及应力场的耦合模拟.结果表明：考虑凝固坯壳的影响,下回流区位置向铸坯中心靠拢,真实反映了钢液在连铸结晶器内的流动情况.自由液面的钢液从窄面流向水口,速度先增大后减小,距水口约0.7 m处,出现最大表面流速,约为0.21 m· s-1.结晶器出口坯壳窄面中心厚度最小且由中心向两侧逐渐增大,最小厚度约为10.4 mm;受流股冲击影响较弱的宽面坯壳与窄面相比生长更均匀,宽面偏角部和中心的坯壳厚度分别为18.9 mm和27.6 mm.铸坯坯壳应力变化趋势与温度基本保持一致,表明初凝坯壳应力主要是热应力.结晶器内铸坯宽窄面上的等效应力均沿着结晶器高度下降方向呈增大趋势,铸坯角部、宽面中心及窄面中心位置的最大应力各约为200、100和25 MPa.     

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.     

ANS—OB法精炼钢水配小方坯连铸防止水口结瘤

ＡＮＳ－ＯＢ法精钢水进行小方坯连铸，对非正常浇注的中间包水口结瘤物和正常浇注过程中的钢水试样，用金相法及电子扫描电镜进行物相分析，确定了结瘤物的组成，并根据试验结果，找出了水口结瘤的主要原因，当ＡＮＳ－ＯＢ铝热法精馏钢水中「Ａｌ」ｓ〉０．００２％和「Ａｌ」Ｔ〉０．００６％时，就发生堵水口现象，采用最佳操作工艺参数和钙处理，是防止小方坯连铸中间包水口结瘤的有利措施。     

双条型磁极对连铸结晶器内钢液流动特性的影响

在可实现振动,水冷及拉坯的连铸模拟装置上,采用双条型磁极,分别用低熔点Ｐｂ－Ｓｎ－Ｂｉ合金和硅油模拟钢液和保护渣,对连铸结晶器内的液态金属的流动特性进行了实验研究。研究结果表明：双条型磁极的作用使连铸结晶器内的液态金属中产生了环形电流,能有效地抑制水口出流速度,消除和削弱水口出流对初生坯壳的冲刷,能够有效地抑制弯月面波动,但当磁场强度增大到一定程度时,磁场的作用效果增加不明显。     

连续铸造复合轧辊结晶器流场的数值模拟

采用湍流两方程模型,对连续铸造复合轧辊组合结晶器内钢液的流场进行了数值模拟研究,分析了拉坯速度及浇注倾角等工艺参数对组合结晶器内钢液流场的影响.结果表明:钢液进入组合结晶器后分为三个流股,其中的两个流股对称地沿周向流动的同时向上反卷,在组合结晶器的上部形成两个对称的漩涡;另一个流股沿周向流动的同时向下流动,最终以几乎相等的流速流出结晶器.涡心位置随着拉坯速度的增大而下移,同一拉坯速度下,漩涡涡心在浇注倾角为60°左右时最低.在相同的拉坯速度下,随着浇注倾角的增大,钢液流股的穿透深度也随之增大.浇注倾角为15°时,钢液对辊芯的冲刷速度较大,而浇注倾角为90°时,钢液对辊芯的冲刷速度较小.     

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...     

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°.     

方坯结晶器流场及温度场数学模拟

为制定合理的浇注工艺,以某厂380mm×280mm的方坯结晶器为原型,建立了方坯结晶器内钢液流动及温度的数学模型。模拟计算了拉坯速度、水口浸入深度以及水口不对中对结晶器内钢液流动及温度的影响。模拟结果表明:拉坯速度及水口浸入深度只是改变了结晶器内流场的流动强度和冲击深度,不会从本质上改变钢液的流动形式。水口偏离中心20mm使得高速、高温区域距离器壁过近,直接造成铸坯质量显著下降。     

结晶器内钢液流速对IF钢宽板坯表层夹杂物分布的影响

对BOF-RH-CC生产Ti-IF钢宽板坯的表层夹杂物进行研究.采用非水溶液电解法从钢中分离夹杂物,并用SEM/EDS分别对其形貌和成分进行检测,获得典型夹杂物的分布规律.通过测定钢坯不同部位的枝晶偏角,计算结晶器中钢液的流速,并用软件进行模拟比较.结果表明,实际最大流速为模拟结果的1.93倍,边缘部位钢液流速与模拟的结果基本符合;随着钢液流速的下降,铸坯表层夹杂 物平均直径增大了 9.5%.     

扩张型长水口对中间包冲击区钢液流动的影响

建立中间包浇铸过程钢-渣-气多相流数学模型,研究稳态浇铸和换钢包过程非稳态浇铸时,扩张型长水口对中间包冲击区钢液流动行为的影响。结果表明,稳态浇铸时,使用扩张型长水口可以有效减小冲击区内钢液湍动能和液面流速,降低钢液面裸露和钢渣卷混的倾向;换钢包非稳态浇铸时,随着扩张型长水口内径增大,钢液面裸露面积整体逐渐减小,但长水口内径扩张2倍时,会由于排除气体量大,造成钢液面较长时间的裸露;使用内径扩张1.5倍的长水口时,钢液面裸露面积小,没有明显的钢渣卷混,有利于提高钢液纯净度。     

电磁制动对CSP结晶器内流动和传热的影响

采用数值模拟方法,通过计算1 500 mm×90 mm CSP漏斗型结晶器内磁场、流场和温度场分布,研究了CSP漏斗型结晶器采用不同浸入式水口条件下电磁制动对钢液流动和传热行为的影响.研究结果表明,施加电磁制动后,采用牛鼻子水口的结晶器内流股冲击深度变小,自由液面最大速度从0.231 m/s降至0.067 m/s;采用双侧孔水口的结晶器内钢液主流股向上弯曲的趋势消失,流股对结晶器窄侧壁的冲击强度减弱,结晶器上部回流钢液速度减小,自由液面最大速度从0.798 m/s降到0.140 m/s.综合比较采用两种水口时电磁制动对钢液流动和传热行为的影响,采用双侧孔水口时制动效果较好,有利于提高铸坯质量.     

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.     

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.     

连铸中间包内部结构优化的数理模拟及冶金效果

通过中间包水模型实验和数值模拟对4流中间包两种控流装置下包内流场进行了模拟研究.结果表明:原中间包内由于形成了短路流使得钢液在中部水口的停留时间短,与边部水口的停留时间相差大.改进型中间包能均匀钢液在不同水口的停留时间,减小中间包的死区比例,提高夹杂物的去除率.工业实验表明与原中间包相比,使用改进型中间包铸坯中的大型夹杂物含量和显微夹杂物数量分别降低44.9%和2.7%.     

基于MiLE法模拟结晶器中大方坯温度场、应力场及流场

应用混合Langrangian和Eulerian法(MiLE)实现了结晶器中GCr15钢大方坯温度场、应力场及流场的动态模拟,模拟结果与实际生产铸坯吻合.铸坯坯壳角部的温度高于中部,铸坯表面从上到下的温度总体呈下降趋势,且等温区间与流场变化具有一定的相似性.铸坯坯壳中部厚度约为17.5 mm,角部厚度约为13.2 mm.凝固坯壳内的应力主要是热应力.坯壳出结晶器时,坯壳外表面处于压缩状态,凝固前沿为完全拉伸状态.有效应变从铸坯外表面到凝固前沿逐渐增大.钢液在前进过程中不断扩张,流速不断降低,当流股到达一定深度后,形成左右对称向上的两个回流,和一对由凝固面一侧向下而由中心向上流动的回流区.     

加稀土钢水口结瘤原因分析

我国稀土资源极为丰富。钢中加入稀土可以改善钢的多方面性能,这己为大家所公认,但是加入稀土之后往往产生稀土结瘤,从而造成短锭和钢水报废。因此加稀土钢的水口结瘸问题就成了推广稀土在钢中应用的一个严重障碍。本文在于通过耐火材料的模拟试验和分析一些稀土钢结瘤的样品,对结瘤的原因作一分析。 关于这方面的研究,国内外都有进行归纳起来主要有以下几点: 1.稀土钢结瘤中瘤粉的主要组成物为钢中的夹杂物,即RE_2O)2S或RE_2O_2S与     

连铸结晶器内钢液涡流现象的大涡模拟

为了研究结晶器内钢液涡流现象的形成机理,采用大涡模拟方法对此涡流现象进行模拟。采用相关文献报道的实验结果,对模型进行验证,对水口偏离中心位置和窄面放置挡板两种情况进行非稳态模拟和分析,分析了"湍动涡"和"偏心涡"的形成机理。数值模拟结果表明:"湍动涡"是由于流体本身的脉动所形成的,与水口是否对中没有直接的关系,但钢液在宽面方向的流动影响"湍动涡"的强度;"偏心涡"是由于水口不对中形成的,可以通过调整水口位置来消除。     

浸入式水口电磁搅拌对钢液传热凝固的影响

在圆坯连铸浸入式水口上施加电磁力,对水口内钢水产生电磁搅拌作用,对水口出流成螺旋状态的液体的传热凝固过程进行数值模拟,结果表明:旋流出流使得铸坯内温度场明显均匀化,加快钢液热量的释放,气隙厚度减小。温度的均匀化,使得固液相温度梯度减小,改善凝固组织、提高铸坯质量。