单流中间包挡墙对夹杂物去除速率的影响

优化中间包结构去除钢液夹杂物是一项重要工作。本文建立某厂单流中间包的夹杂物去除的数学模型,计算不同挡墙高度及入口、出口位置对中间包内夹杂物去除的影响。结论表明:夹杂物去除速率最高时,下挡墙高为318 mm,上挡墙距钢包底部距离为532 mm,上下挡墙距离为600 mm,上挡墙距钢包入口距离为800 mm。     

1700板坯中间包温度场的数值模拟及其优化

以1700板坯中间包为研究对象,应用FLUENT软件计算了中间包的温度场.结果表明:原型中间包内钢液温度分布不合理,两个水口出口温度不一致,且温降较大.优化后中间包内钢液温度分布更加合理,尤其是坝体高度555 mm,并设导流孔的方案3为最优方案,此时中间包内钢液最低温度为1820.6 K,最大温差为5 K左右,进出口温差为1.9 K.     

上挡墙位置变化对单流中间包流场特征的影响

应用水力模拟试验,对某钢厂板坯单流连铸中间包流场特征开展研究。采用"刺激-响应"技术,通过调整上挡墙控流装置在中间包内的不同位置,以研究中间包内流场特征的变化。研究结果显示,设置上挡墙的中间包流场特征趋于合理化,以全混流区为主,存在部分活塞流区和少量的死区。相比未设置上挡墙的中间包流场,其平均停留时间延长、活塞流区比例增加、死区比例降低。其中,上挡墙距中间包入水口间距离为160 mm时,钢液平均停留时间最长为336 s、活塞流比例最大为5.15%、死区比例最小为25.7%。     

中间包底吹氩工艺优化的模拟研究

建立模拟中间包底吹氩过程的气-液两相流数学模型,研究了控流装置的布置方式、吹氩量对中间包内钢液流动行为和钢液平均停留时间的影响,并利用水模型试验对数值模拟的准确性进行了验证。与相同条件下的物理模拟结果对比可知,利用所建数学模型模拟计算中间包内钢液流动行为是可行的。数值模拟结果表明,在中间包内设置挡墙、挡坝和透气砖时,最佳的透气砖位置是距塞棒570 mm,氩气流量为31.26L/min,此时钢液平均停留时间为8.74min;利用透气砖代替挡坝和挡墙均延长了中间包内钢液的平均停留时间,且随着吹氩量的增大,钢液平均停留时间大致呈减少趋势;对比透气砖和挡坝组合,采用透气砖和挡墙组合更利于提高钢液的纯净度,此时较优的吹氩量为20.84L/min,相应的中间包内钢液平均停留时间为8.77min。     

1700板坯中间包温度场的数值模拟及其优化

以1700板坯中间包为研究对象,应用FLUENT软件计算了中间包的温度场。结果表明：原型中间包内钢液温度分布不合理,两个水口出口温度不一致,且温降较大。优化后中间包内钢液温度分布更加合理,尤其是坝体高度555mm,并设导流孔的方案3为最优方案,此时中间包内钢液最低温度为1820．6K,最大温差为5K左右,进出口温差为1．9K。     

连铸中间包内钢液流动及其控制

对连铸中间包内钢液流动现象进行了水模拟研究和速度分布测量。研究表明,注入的钢流下降时吸收周围液体,形成扩张角10°～12°的射流,是中间包内流动的动量源。挡墙设置能改变钢液流动方向,是控制钢液流动的有效手段。对不同类型的挡墙设置方案。用示踪剂分布方法测量了流动特点及夹杂物的去除率,探讨了合理的挡墙设置位置。     

三流异型连铸中间包结构优化的数值模拟

根据西宁特殊钢股份有限公司三流异型连铸中间包的结构和操作参数,提出中间包结构的优化方案,应用ANSYS CFX数值模拟软件计算不同控流装置下中间包内的流场和温度场分布,并建立物理模型对数值模拟的结果进行验证,确定最佳的优化方案。结果表明,原型中间包内流场和温度场分布不均匀,3个水口最大温差达3.11K,导致各水口处铸坯质量存在差异;使用U形挡墙后,中间包内钢液的流动特性得以改善,其成分和温度分布更为均匀,3个水口的最大温差仅为0.20K。     

H型中间包与T型中间包的水模对比研究

进行了H型中间包的挡墙和坝的水模拟优化试验,确定出挡墙和坝的最佳设计方案。结合H型中间包的优点,与普遍使用的T型中间包进行了水模实验对比研究。研究表明：H型中间包内流动比T型中间包内更加稳定;当挡墙间距为130 mm、上挡墙高为87.5 mm、下挡墙高为52.5 mm时,H型中间包内液体的流动状态最好,死区体积比T型中间包小;符合工艺参数条件下增大中间包容积有利于停留时间的延长。     

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 .     

广钢高效连铸改造的中间包内型优化

广钢连铸中间包采用三流和入流非对称布置的结构,生产中钢水流动不稳定,温度不均匀,为改变这种状况,有必要对中间包进行结构改造．在中间包冷态和热态水模型上,安装纵向局部挡墙和带导流孔“Ｖ”型挡墙,研究中间包内钢水流动和温度分布情况．模拟试验结果表明：“Ｖ”形挡墙能显著改善钢水的流动,使各流钢水平均停留时间趋于均衡,温度差减少,中间包内死区减少．此外,作者还给出了推荐的中间包改造方案．     

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.     

基于RTD曲线连铸中间包优化设计数值模拟

为了优化连铸中间包内型,采用数值模拟方法计算钢液在连铸中间包内的停留时间分布(RTD),并通过RTD曲线分析了连铸中间包内挡坝高度和位置对其钢液流场的影响.结果表明,结构优化后的连铸中间包钢液流场趋于合理,死区体积分数由原始方案的17.62%降至13.29%,且钢液在连铸中间包内的停留时间变化不大.     

气幕挡墙技术优化多流中间包数模研究

采用数学模拟方法,依据某无缝钢厂实际六流中间包操作工艺参数,应用欧拉两流体模型、多孔介质模型、欧拉-拉格朗日随机轨道模型及Monte-Carlo法,引入气泡吸附模型,研究了气幕挡墙技术对中间包内钢液流动特性及夹杂物去除率的影响.结果表明,采用气幕挡墙技术,对于改善钢液流动状态、均衡各出口停留时间、延长钢液平均停留时间、降低死区体积、提高夹杂物去除率和实现多流超纯净钢冶炼效果显著.     

底吹中间包内钢液及夹杂物运动特性的数模研究

根据某厂实际中间包的操作工艺参数，采用欧拉两流体模型和拉格郎日随机轨道模型，模拟计算采用湍流控制器和气幕挡墙技术的中间包内的钢液流动特性及钢水中夹杂物的运动行为，研究结果表明，中间包底部吹气过程可以有效地改善钢液的流动状态，消除短路流，起到中间包档墙的作用，并且增大夹杂物在中间包内上浮排出率，大大提高了钢水的清洁度．     

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%。     

太钢三炼钢板坯连铸中包结构优化

采用数值模型方法对太钢第三炼钢厂板坯连铸用中间包内部结构几何参数进行了最优化虚拟实验研究,研究中使用的评价指标是钢液在中间包内平均停留时间等三项时间参数,这些参数值用虚拟的示踪剂的脉冲响应实验测量求得.按L16(215)正交表试验设计安排(四因子二水平)全因子实验.实验结果经方差分析、F检验,确定了有显著性影响的因子,按三项评价指标确定最佳工况是:挡墙位置前移至500mm,下口减少至200mm,墙和坝中心线距离仍维持322mm,坝高仍为272mm.虚拟实验结果表明现生产用中包流动情况良好,采用最佳参数后中间包钢液流动的死区将由现工况的4.80%减至4.37%,采用湍流抑制器后死区可进一步减至1.54%.     

中间包下挡墙溢流卷渣行为

通过采用数值模拟、水模型实验和工业试验相结合的方法研究了中间包内钢水液面在下挡墙时的卷渣行为.数值模拟结果发现:当钢液面接近下挡墙时,上下挡墙问钢液面容易暴露,造成钢水氧化,在下挡墙出口区一侧容易造成钢渣乳化和卷渣,在出口区下挡墙与中间包壁形成的角部区域卷渣趋势更大;溢过下挡墙的流体对下挡墙冲蚀较严重,在实际生产中将缩短中间包寿命;当中间包液面降低到下挡墙附近时在下挡墙处形成的卷渣很难在中间包内上浮去除,容易进入结晶器.水模型实验和工业试验同时验证了这一结果.     

湍流抑制器对中间包钢液流动的影响

采用水模拟试验研究湍流抑制器对中间包钢液流动特性的影响。结果表明,拉速变化时单层湍流抑制器对钢液流动影响程度较小,双层湍流抑制器能延长包内钢液平均停留时间;液位变化时双层湍流抑制器对钢液流动影响程度较小,相同液位下双层湍流抑制器使钢液在中间包内平均停留时间较之于单层湍抑器相应值至少增加20s;3种湍流抑制器对中间包流场的改善程度从大到小排序为:双层湍流抑制器,八角形湍流抑制器,单层湍流抑制器。     

连铸中间包湍流流动及夹杂物分布的大涡模拟

为深入了解中间包内钢液的流动湍流特性和夹杂物分布,采用雷诺平均方程和大涡模拟两种方法计算了中间包内湍流场及夹杂物的分布.结果表明:雷诺平均方程得到的中间包湍流场呈现对称分布;而大涡模拟可以捕捉更多的随机漩涡,更能反映流动的某些细节,对中间包内的瞬时流场预报更准确,得到的瞬态湍流场呈现非对称分布.得到了夹杂物主要的三种运动轨迹,且夹杂物的分布是不对称的,容易聚集在中间包边角和壁面处.     

梅钢40 t板坯中间包的工业试验与仿真分析

梅山钢铁公司炼钢厂有2座150t的LD转炉,配40t板坯连铸中间包.为了了解和掌握中间包内部过程的基本特征,在实际中间包内对流动控制装置、钢水停留时间分布及熔池内温度分布情况进行了现场测试,并结合数学和物理模拟方法进行分析.研究结果表明钢包与中间包内钢水的温差对中间包内钢水的流动状态有很大影响,进而影响着中间包内许多冶金过程;实际中间包熔池内温度分布不均,即使没有任何流动控制装置,熔池内上部温度也高于下部温度,现场测定的停留时间曲线与传统的等温水模型实验结果相差较大;在大多数生产条件下,中间包内的流动是非等温流动,以等温条件为前提的挡板设计、控制参数可能与实际情况不符,应该重新鉴别.