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.     

旋转连铸结晶器内钢液流动特性

将质量守恒方程及NavierStokes方程应用于旋转连铸结晶器内钢液流动特性研究,探查了结晶器转速、水口注流流量、水口浸入深度对流场的影响·模拟计算结果表明,随着转速、水口注流流量、水口浸入深度的变化,回流区发生移动,流场分布受水口注流流量、转速的影响较大·     

倾角对湍流狭缝冲击射流流动与传热性能的影响

为了研究倾斜冲击射流的流场结构和传热性能,采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对三种入射角度下的狭缝湍流冲击射流进行了数值模拟。结果表明,由于射流的卷吸以及上封闭板的作用,在流场两侧的流出区域分别形成了一个环形的回流区。当射流倾角减小时,左侧回流区的范围变小,而右侧的回流区增大。流场中的低温区以及冲击表面压力系数最大值和局部Nu最大值的位置也都随着倾角的减小而向流场的左侧偏移。当倾角减小时,冲击表面压力系数最大值降低,局部Nu最大值没有明显的变化,射流与冲击面之间的平均传热率降低。     

静磁场作用下结晶器内金属射流行为的数值模拟

利用ANSYS CFX软件,数值模拟了在静磁场作用下连铸结晶器内的水口出流的金属射流行为,通过分析其形态变化,考察了不同参数下液面波动F数的变化规律以及金属射流的扩张对结晶器壁面的冲刷强度的影响规律.模拟结果表明:水口出流射流具有扩张特性,在静磁场作用下,随着磁感应强度的增大,F数增大,金属射流扩张程度增加,且对结晶器宽面冲刷强度增加;随着板坯厚度的增大,F数增大,金属射流扩张程度增加,且对结晶器宽面冲刷强度减小;随着射流角度的增加,F数减小,对结晶器宽面冲刷加剧;对于电磁制动板坯连铸,不能单纯以F数作为控制指标,应充分考虑射流扩张对结晶器壁面冲击的影响,不同板坯厚度和水口射流角度应有适宜的控制参数.     

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     

连铸结晶器内偏流及漩涡卷渣的实验研究

连铸结晶器内的偏流和漩涡卷渣行为严重影响连铸坯的质量,因此建立了一套直弧型结晶器系统,研究了偏流和漩涡卷渣的运动规律.结果发现:偏流是由于流场自身的不稳定造成的,是时刻变化的;偏流发生在二冷区弯曲段附近.即使保证水口对中放置,结晶器上表面漩涡依然存在,多数情况下只有单个漩涡出现,其位置和大小是瞬变的.对称涡出现的机率较小,尺寸和强度较小,持续时间较短.同时考察了拉速、水口插入深度、滑动水口开度和中间包液位高度对偏流及其周期和漩涡卷渣的影响.     

软接触结晶器内的钢液流动及夹杂物运动规律

采用RhieChow非交错网格和适体坐标有限差分方法数值模拟了软接触结晶器内钢液流动和夹杂物的运动规律·结果表明:软接触结晶器上部熔池的搅拌强度增强,自由表面上的钢液流速和紊动能增加,钢液射流的渗透深度减小;在弯月面附近出现明显的钢液回流区;与传统结晶器相比,最大紊动能区从水口附近移动到弯月面附近;夹杂物上浮去除的趋势增加,且在结晶器内的滞留时间延长     

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.     

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.     

薄板坯连铸浸入式水口的结构优化

针对薄板坯连铸的生产条件,采用正交设计的水模型试验和数值模拟,通过测量结晶器液面波高和注流冲击深度,研究了浸入式水口出口面积比、出口倾角、浸入深度和拉速对结晶器流场的影响.结果表明,浸入式水口出口面积比为1.4、出口倾角为50°、浸入深度为240mm时,可以满足高拉速生产的需要.     

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.     

连铸电磁旋流水口流体流动和夹杂物行为

采用数值模拟方法对连铸电磁旋流水口内流体流动和夹杂物碰撞长大行为进行了研究.数值结果表明电磁旋流水口出口处流体流动扩张角与低熔点合金实验值相符.旋转磁场对浸入式水口内壁夹杂物沉积行为存在两个相反的作用：一方面旋转磁场作用加强了水口壁面处钢液的湍流流动,加速了夹杂物在水口内壁的沉积吸附速率;另一方面水口内壁附近夹杂物在旋转磁场产生的旋流作用下易被携带至水口中心,削弱了水口内壁对夹杂物的黏附.在上述两方面因素作用下,钢液区存在一个最佳磁感应强度可使水口内壁夹杂物沉积速率降至最低,从而减轻水口结瘤现象.     

薄板坯连铸机浸入式水口的结构优化

以兰州钢厂薄板坯连铸机为原型,采用信噪比正交实验设计的方法,通过流场显示,波高测量及冲击力测量,研究了高拉速条件下,侵入式水口的出口角度,出口面积和插入深度对结晶器内流场变化的影响及变化规律,试验结果表明：出口面积比为１．３,出口角度向下倾斜５°,浸入深度为２８０ｍｍ,可以满足提高拉速后生产的需要。     

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.     

基于CFD模拟的喷射泵操作参数对泵抽气性能的影响

通过CFD方法讨论了不同操作参数对喷射泵内部流体的流动特性及泵抽气性能的影响.随着工作蒸汽压力的增加,在壅塞位置处,被抽气体过流面积变化减小,马赫数、引射系数升高,喷射泵的抽气性能增强.当工作蒸汽压力过高时,由于膨胀核的增大,被抽气体的过流面积减小,引射系数显著下降.随着引射蒸汽压力的增加,壅塞和激波向下游移动,泵抽气性能增强.此外,引射系数随着背压的增加而减小,当背压过高时,返流现象明显,泵的抽气性能急剧下降直至失效.研究结果表明,操作参数的选择不仅能提高喷射泵的抽气效率和极限排气能力,也极大地提高了喷射制冷系统的制冷效率,降低了能源的消耗.     

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.     

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.     

COREX熔化气化炉物料运动的物理模拟

以COREX熔化气化炉实际尺寸和操作参数为基础,根据相似准则建立了COREX熔化气化炉模型,用以研究气化炉内物料运动过程。实验采用聚乙烯粒子作为模型的填充物料,并选用绿豆作为示踪颗粒,分析研究了气化炉内鼓风流量和排料速度对物料运动流型和运动轨迹的影响。结果表明:随着排料速度的增加,停留时间减小,死料柱顶点位置降低,物料下降运动变得不均匀;随着鼓风流量的增加,上部料层的下降更加均匀;非正常排料时,熔化气化炉内物料的运动将很不均匀,气化炉一侧物料的运动并不受另一侧物料的影响;位于死料柱正上方的颗粒下降速度最慢并向排料口弯曲;位于风口回旋区正上方的颗粒下降速度最快,鼓风导致风口回旋区上方的颗粒停留时间减小;靠近炉墙处的颗粒,其下降过程一直沿炉墙下降,直至靠近排料口时发生弯曲。