板坯连铸结晶器内渣/金界面非稳态波动行为

采用VOF法对板坯连铸结晶器内渣/金界面的非稳态波动行为进行研究,使用几何重建方案模拟连铸结晶器内渣/金界面的运动形态.分析了拉速、水口插入深度和倾角对连铸结晶器内渣/金界面波动的影响.结果表明,在浇注初期,渣/金界面的波动幅度较小;随着时间的发展,渣/金界面的波动幅度不断增大;达到动态稳定后水口附近的渣/金界面会出现不规则的锯齿状波动.漩涡的不稳定性是造成渣/金界面锯齿状波动的原因.随着拉速的增大,渣/金界面波动加剧;随着水口插入深度和倾角增大,渣/金界面波动减弱.     

板坯连铸结晶器吹氩对铸坯卷渣的影响

板坯连铸结晶器浸入式水口吹氩使结晶器流场发生改变,引起液面波动,造成铸坯卷渣.为了的这一问题,采用大样电解方法结合扫描电镜技术,研究了板坯连铸结晶器浸入式水口不同吹氩量和吹氩分配方式对铸坯夹杂物的数量和类型的影响,提出了减少卷渣的合理结晶器吹氩量和吹氩分配方式,得出了卷渣占结晶器夹杂物的比例超过半数的结论.分析表明合理的吹氩参数对减少结晶器卷渣有着重要的意义.     

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.     

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.     

不锈钢板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为模拟及卷渣分析

基于湍流模型与多相流模型的耦合,应用液面追踪技术(VOF),实现了对不锈钢板坯连铸结晶器内流体流动及钢/渣界面行为的模拟计算,并用水模拟结果进行了对比验证,在此基础上计算出实际的钢/渣界面特征及界面上钢/渣行为.通过分析水口的侧孔形状、出口倾角、水口浸入深度、结晶器宽度以及拉速对钢/渣界面特征及界面上钢/渣行为影响规律,指出了钢/渣界面行为与卷渣是密切相关的,进而探讨了钢/渣界面及卷渣形成的机理.     

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.     

不锈钢/普碳钢复合连铸结晶器内流场实验研究

提出一种新的不锈钢/普碳钢复合连铸方法.用长、短两个水口将两种成分不同的钢液浇注在同一结晶器内,两种钢液中间用一固定在长水口上的隔板隔开,以抑制两种钢质成分的互相混合.根据相似原理设计水模型实验研究双水口结晶器内的流动情况.结果表明,双水口结晶器内,短水口的射流会冲击到长水口壁面并形成上、下两个漩涡,长水口亦在出口两侧产生回流和漩涡,侧面出口的射流会冲击到结晶器窄面,不利于凝固壳的均匀生成.通过比较发现向下倾斜的短水口和直通型长水口形成的流场既有利于夹杂物上浮,又有利于凝固坯壳的生成.     

薄板坯结晶器内卷渣现象的研究

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－保护渣界面的流场,通过采用ＳＧ２００水工数据采集系统对液面波动进行了定理测量。结合流场显示研究了薄板坯连铸结晶器内钢液的卷渣机理,得出了薄板坯连铸结晶器内钢液的主要卷渣方式为旋涡卷渣和剪切卷渣。     

旋转连铸结晶器内钢液流动行为的水模型实验

采用水模型试验,研究了旋转连铸环行结晶器内钢液流动行为·通过改变参数(流量、结晶器转速、水口浸入深度),考察其对流场以及卷渣倾向的影响·参数改变,流场变化规律的总趋势并无明显改变,只是流股的最大喷射距离、到达结晶器外壁附近的速度及回流区的位置和液面附近的速度发生变化·研究结果表明:流场中的速度分布受流量、结晶器转速、水口浸入深度的影响     

板坯连铸结晶器吹氩工艺参数优化

采用流体体积(VOF)方法和拉格朗日离散模型建立了反映230mm×1100mm板坯连铸结晶器吹氩过程中钢液、熔渣和氩气气泡流动行为的数学模型,通过数值模拟方法研究吹氩量、拉坯速度和水口浸入深度等工艺参数对结晶器内钢/渣界面行为特征的影响规律。结果表明,吹氩会明显加剧水口附近的钢/渣界面波动,选择合适的拉坯速度能有效降低该处的界面波动幅度,同时吹氩有利于减缓结晶器弯月面处的液面波动,可在一定程度上达到稳定钢/渣界面的目的。从16种工艺配置方案中优化出该结晶器的最佳吹氩工艺参数为:拉坯速度1.2m/min,吹氩量9L/min,水口浸入深度120mm。     

水力模拟在金属型中的应用

分析了水力模拟与金属型铸造的差异,依据相似原理,导出了水力模拟应遵循的相似条件及模型设计比例尺公式。据此设计了铝合金压掌铸件金属型铸造的水力模拟模型,水模实验找出了充填过程中产生渣孔和气孔缺陷的原因。对模拟充填的流动状态和主要工艺参数做了说明和计算。证明水力模拟研究熔融金属充填金属型的流动、消除充填造成的缺陷是可行的、经济的。     

Shear-thinning behavior of the CaO-SiO2-CaF2-Si3N4 system mold flux and its practical application

Satisfying the mold-flux performance requirements for high-speed continuous casting necessitates the development of a new non-Newtonian-fluid mold flux with shear-thinning behavior, i.e., a mold flux whose viscosity is relatively high under lower shear rates and relatively low under higher shear rates. In this work, a mold flux that exhibits shear-thinning behavior was developed by adding different amounts of Si3N4 to the CaO-SiO2-CaF2 mold flux. The shear-thinning behavior was investigated using a rotational viscometer. In addition, the microstructure of the newly prepared slags was studied by high-temperature Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The results showed that the mechanism of shear-thinning was attributable to a temporary viscosity loss caused by the one-way shear stress, whereas the corresponding magnitude of shear-thinning was closely related to the degree of polymerization (DP). Finally, the non-Newtonian fluid mold flux was used for laboratory casting tests, which revealed that the mold flux could reduce slag entrapment and positively affect the continuous casting optimization.     

Shear-thinning behavior of the CaO-SiO2-CaF2-Si3N4 system mold flux and its practical application

Satisfying the mold-flux performance requirements for high-speed continuous casting necessitates the development of a new non-Newtonian-fluid mold flux with shear-thinning behavior, i.e., a mold flux whose viscosity is relatively high under lower shear rates and relatively low under higher shear rates. In this work, a mold flux that exhibits shear-thinning behavior was developed by adding different amounts of Si₃N₄ to the CaO-SiO₂-CaF₂ mold flux. The shear-thinning behavior was investigated using a rotational viscometer. In addition, the microstructure of the newly prepared slags was studied by high-temperature Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The results showed that the mechanism of shear-thinning was attributable to a temporary viscosity loss caused by the one-way shear stress, whereas the corresponding magnitude of shear-thinning was closely related to the degree of polymerization (DP). Finally, the non-Newtonian fluid mold flux was used for laboratory casting tests, which revealed that the mold flux could reduce slag entrapment and positively affect the continuous casting optimization.     

B2O3对高铝钢连铸保护渣理化性能的影响

高铝钢连铸过程中,为了避免或减轻钢液中Al与保护渣中SiO2发生反应,设计了低SiO2、高Al2O3含量的高铝钢连铸保护渣,通过添加适量的酸性氧化物B2O3协调熔渣酸碱性,利用实验分析了B2O3含量对高铝钢保护渣熔融特性、黏度特性及渣膜传热特性的影响。结果表明,B2O3含量在4%～10%时,随着B2O3含量增加,保护渣熔化温度、黏度、黏流活化能均降低,渣膜热流密度增加;保护渣的等温转变曲线(TTT曲线)向孕育时间增加的方向移动,晶体生长速率降低;实验条件下,增加B2O3含量可抑制保护渣中CaF2的析出。     

基于PIV技术的钢包临界卷渣行为水模型研究

基于粒子图像测速( particle image velocimetry, PIV)技术,通过水模型研究临界卷渣条件下卷渣过程和钢包流场特征,解析临界卷渣从发生到结束的整个过程卷渣处流场速度的变化情况,并定量分析炉渣运动黏度对临界卷渣速度的影响。将临界卷渣速度的实验检测值与传统理论计算值进行比较和讨论。研究结果表明：临界卷渣过程从开始到结束可细分为八个不同阶段,卷渣处流场速度变化在这八个阶段中先增大后减小再增大;炉渣运动黏度对卷渣具有重要影响,炉渣运动黏度越大,临界气量和临界卷渣速度越大,并且临界卷渣速度与炉渣运动黏度的关系更具线性相关性。实验拟合得到炉渣运动黏度与临界卷渣速度的关系式。最后根据传统理论计算模型和实测结果提出实验条件下修正的临界卷渣速度表达式。     

注温和注速对钢锭头部积渣的影响

使用膨胀型复合模铸保护渣保护浇注钢锭 ,普遍存在的一个问题是容易使钢锭产生头部积渣这一表面缺陷。通过工业实验 ,研究了注温和注速这两个主要浇注工艺条件对钢锭头部积渣的影响规律。研究结果显示 ,适当提高浇注温度和适当降低浇注速度可以减少钢锭头部积渣 ,改善钢锭表面质量。