六流连铸机T型中间包内流场的数学模拟

通过对六流连铸机T型中间包内钢液流场的数学模拟，提出了B型和C型两种导流墙的设计方案。这两种导流墙的应用，有利于均匀各流钢液温度，促使非金属夹杂上浮。     

十流连铸中间包内型优化研究

本研究通过水力学模型试验,优化了板坯连铸机中间包内型。试验结果表明,优化后的中间包开孔位置使流场趋于合理,钢液平均停留时间为757.8s,死区体积为15.9%,活塞区体积为19.1%,混合区体积为65%,夹杂物上浮的最小直径为77.2μm。     

连铸中间包内钢液流场数值模拟的研究进展

讨论中间包内钢液流动的数学模型和求解方法，介绍国内外用数学模拟法研究各种中间包冶金技术对钢液流场的影响，提出了进一步研究的发展方向。     

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%。     

连铸中间包内三维流动的数学模拟

建立了描述连铸中间包内三维流动的数学模型，计算了有、无流动控制下中间包内的三维流动。结果表明，合理的流动控制有利于中间包内非金属夹杂的上浮和吸附，用κ－ε模型都能基本上描述中间包内的流动，但都有待改进。     

五流L型连铸中间包流场优化的水模分析

采用水模型模拟的方法,对某钢厂十机十流连铸机中间包中的一个完全不对称结构的五流L型中间包进行流场优化。试验结果表明:控流最优方案为湍流抑制器T+副导流墙D2+上2孔倾角为25°下靠近后墙单孔倾角30°的3孔主导流墙D1a。采用该方案可使染色剂到达各出口的时间增加,各流响应时间差减小,RTD峰值浓度减小以及高浓度存在的时间延长,各流之间的死区比例减小。     

中间包内钢液经石灰过滤器后的清洁度

通过工业试验研究了中间包内安装石灰过滤器后钢液中夹杂物的行为，工业试验表明，采用石灰过滤器后，钢中夹杂物平均降低２０％，在此基础上建立了中间包安装过滤器后网中夹杂物的去除模型，模型计算结果与试验值基本符合。     

连铸中间包耐火材料的冲蚀特性与控流装置的优化设置

中间包内耐火材料的损毁是化学反应、热应力与钢液流动的协同作用所致,中间包内控流装置发生侵蚀的主要原因是钢液对耐火材料的冲蚀.对设置有湍流控制器、挡渣堰、挡渣坝的中间包耐火材料的冲蚀特性进行数值模拟计算与分析,结果表明,中间包内冲蚀最严重的部位是在湍流控制器及冲击区包壁上部1/3处,其次是挡渣堰迎向钢液流动一侧壁面;随着挡渣堰与钢液入口距离的增加,钢液对挡渣堰、挡渣坝的冲蚀强度下降;根据停留时间分布(RTD)曲线设置中间包控流装置时,应考虑钢液对耐火材料的冲蚀特性.     

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。     

多流中间包流动特征的数学模型

提出了针对多流中间包流动特征的数学模型,给出了绘制停留时间分布(RTD)曲线的标准及其相关计算的规范;明确了"死区"的特性,并计算了其体积分数;模型中考虑到了短路流,指出计算短路流的方法.模型可以更好地刻画活塞流的流动特性.     

40t 单流中间包控流装置的优化配置

采用水模型和工业验证的方法针对40 t 单流中间包的控流装置进行优化配置研究.通过对单独湍流抑制器控流装置、湍流抑制器+下挡墙组合控流装置、湍流抑制器+下挡墙+上挡墙组合控流装置的研究表明,下挡墙在改善钢液流动形态和减少中间包内死区方面所起的作用大于上挡墙.平均停留时间随下挡墙与长水口的距离增加呈先增大后减小的趋势.确定了单流中间包以湍流抑制器+下挡墙的优化组合形式,死区比例由原来的25.9%降低到了13.6% .通过系统取样分析发现优化后中间包内 T. O 和 N 含量大幅降低,正常坯中的大型夹杂物质量分数也由原来的8.4×10-7降低到3.2×10-7 .     

连铸中间包内夹杂物去除行为的水模型研究

通过选择乳状液滴模拟夹杂物和连铸中间包水模型实验,考察了控流装置、浇铸速度、夹杂物粒径对中间包内夹杂物去除行为的影响规律.结果表明:挡墙-挡坝组合控流夹杂物去除效果最佳,中间包内强湍流区夹杂物的碰撞聚合以及向上和表面流速的增加是主因;中间包注流区加入抑湍器,虽然其流体流动特征发生改变,但对夹杂物去除率的影响并不显著;较高的浇铸速度下,单纯靠控流装置的优化已不能很好地改善夹杂物的去除效果.     

非对称两流中间包内流体流动的对称化

采用数值模拟和水模型实验相结合的方法研究了不同控流方案下非对称两流中间包内流体流动行为,并将优化方案进行了工业实验.实验结果表明:采用经典组合方法计算各流的死区时,出现负死区现象,因此采用平均停留时间作为评价参数;原方案中靠近长水口侧出口的平均停留时间为194s,水口两流之间的平均停留时间之差为97s,两流之间钢液温度差为5℃.利用非对称长方形湍流控制器可以实现钢液在湍流控制器出口处流量的非对称分布.采用非对称长方形湍流控制器和多孔挡墙后,近长水口侧出口的平均停留时间为211s,水口两流之间的平均停留时间之差为34s,两流之间钢液温度差为3℃.     

FTSC薄板坯连铸中间包内流场及夹杂物运动轨迹的数值模拟

以FTSC双效冲击板加单坝结构的中间包为研究对象,应用FLUENT软件计算了中间包的三维流场、温度场、夹杂物运动轨迹及不同尺寸夹杂物的排除率. 结果表明,FTSC中间包内的双效冲击板和单坝能够明显改善钢液的流动状态和温度分布,显著提高夹杂物的排除率,并且对小尺寸夹杂物(d＜60#μm)排除率的影响尤为显著.     

十二流中间包的物理模拟

国内首家建设的12机12流连铸机的中间包属于特殊不对称型中间包,包内各流之间的流动特征存在着明显的差异,造成操作困难。采用1∶3缩小比例的水模型和＂刺激-响应＂方法,对其内流场进行研究,并开发了D型控流装置。该装置在模型中能有效地将各流之间的最大平均停留时间差从546 s降到50 s,死区从26.8%下降到12.9%,还能有效地降低中间包的不对称度和提高钢液在中间包内的平均停留时间。这对均衡各流的操作参数,提高铸坯质量起到重要作用。     

离心式中间包流场的大涡模拟研究

为了研究离心式中间包的流动过程,采用大涡模拟(LES)方法针对3种不同情况,即(a)电磁力加直水口注流;(b)利用钢液的位能使用弯水口注流;(c)电磁力和弯水口注流共同作用,考察了影响旋流强度和中间包内流动结构的工艺参数.结果表明,LES方法可以成功模拟离心式中间包的三维湍流流场.与单纯电磁力或单纯弯水口相比,旋转电磁力和弯水口共同作用时可使水平面的旋流强度显著增强.在原有电磁力作用的基础上,使用弯水口注流可比原流场最大速度值增加约15%~19%.     

基于Simulink的忆阻器模型

为了使忆阻器具有与其他器件相结合的能力,本文在惠普实验室提出的忆阻器物理模型电路关系的基础上,在Simulink中用二种方法对忆阻器进行了双端口建模,方便准确的实现了对于忆阻器的仿真。与编写M文件、构建图形用户界面和搭建输入输出模型的建模方法相比,基于Simulink的双端口模型不仅能够方便准确的观察忆阻器的输入输出特性,而且具有更广阔的应用范围,对于忆阻器的研究有一定的指导作用。