连铸中间包控流装置优化的水模实验

通过对某厂板坯连铸中间包进行控流装置优化的水模实验,发现原中间包结构造成钢水在中间包内的最小停留时间过短,死区体积大;合理结构的挡墙和湍流控制器能够明显改善中间包内的流体流动特性,可以使钢包长水口注流区上方的液面更加平稳。     

连铸中间包控流装置优化的水模实验

通过对某厂板坯连铸中间包进行控流装置优化的水模实验,发现原中间包结构造成钢水在中间包内的最小停留时间过短,死区体积大;合理结构的挡墙和湍流控制器能够明显改善中间包内的流体流动特性,可以使钢包长水口注流区上方的液面更加平稳.     

阻流器流控装置下中间包内的流场

通过物理和数学模拟研究了一种新型中间包流控制装置－阻流器对中间包内流场的影响。并通过同传统的单档墙，坝下中间包内流场的比较，得出阻流器可改变中间包内传统的流场。使钢液由长水口注入中间包后再返回自身，从而消除了中间包短流，发展了表面流，延长了滞止时间和平均停留时间，有利于中间包内夹杂物的去除。在较大的拉速下使用单档墙＋单坝＋阻流器的组合结构，效果更好，数学模型计算出的流场同水模型实验吻合较好。     

连铸中间包控流装置优化的水模实验

通过对某厂板坯连铸中间包进行控流装置优化的水模实验，发现原中间包结构造成钢水在中间包内的最小停留时间过短，死区体积大；合理结构的挡墙和湍流控制器能够明显改善中间包内的流体流动特性，可以使钢包长水口注流区上方的液面更加平稳。     

钢包长水口形状对中间包内钢液流动特性的影响

通过物理模拟实验研究了在不同的中间包液位时使用喇叭形长水口和直通形长水口对单流板坯中间包内的流体流动特性的影响.实验结果表明:使用喇叭形长水口后的RTD曲线峰值较低,波动较小,流场较稳定,而且不存在短路流;使用喇叭形长水口后更有利于延长流体在中间包内的开始响应时间、平均停留时间和活塞流平均停留时间;中间包内的死区体积较小,活塞流体积较大,而且活塞流与死区体积的比值也更大.因此,在中间包液位上升时,使用喇叭形长水口后包内的流动模式组成更合理,这更有利于保证中间包内钢水的质量.     

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%。     

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。     

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．     

兴澄特钢中间包结构优化

以兴澄特钢连铸中间包为工程背景,根据相似原理建立了中间包水模型系统,研究了4流不同结构的中间包的流体流动特性.研究表明:原结构的中间包同一侧的两流之间的流体流动特性存在很大差异,与内侧流相比,外侧流的最小停留时间、峰值时间小,死区体积大,造成中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效地上浮去除,不能很好地满足高质量特钢生产的要求.采用优化后的挡墙和坝组合的中间包控流装置,外侧和内侧的停留时间分布趋于一致,表明外侧流和内侧流之间流动特性相近.中间包结构优化后平均死区百分数由原结构的58.2%降低到10.9%.     

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%.     

连铸中间包分流挡渣实验研究

在中间包流场分布分析的基础上,借助水模拟试验研究了6流小方坯连铸中间包内钢水流动规律,通过设置分流挡渣墙改进中间包内的钢水流动,分离钢水和炉渣,提高钢中夹杂物的上浮率,达到了预期的效果,并应用于生产实践.     

单流中间包温降行为数值模拟

钢液在中间包内的温降对连铸坯质量有不利影响。针对国内某钢厂单流连铸中间包实际情况,采用数值模拟方法,分析了控流装置的位置和尺寸对中间包内温度分布影响。研究表明,下挡墙高度为268 mm,上挡墙底部与包底距离为175 mm,上下挡墙的相对距离为700 mm,上挡墙距钢液入口距离为722 mm,中间包内温度分布最优。     

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.     

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.     

连铸中间包分流挡渣实验研究

在中间包流场分布分析的基础上，借助水模拟试验研究了6流小方坯连铸中间包内钢水流动规律。通过设置分流挡渣墙改进中间包内的钢水流动，分离钢水和炉渣，提高钢中夹杂物的上浮率，达到了预期的效果，并应用于生产实践．     

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。     

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%。     

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。     

新型中间包结构数学模拟

为了延长钢水在中间包内的停留时间、减少卷渣和改善夹杂物的上浮排出,提高铸坯的质量,通过对中间包结构发展的分析,提出了新型中间包结构——导流隔墙和导流管结合。同时,应用FLUENT软件对新型的中间包结构进行了数学模拟,计算了新型中间包结构内的钢液流动。结果表明,新型中间包结构内钢液流动合理,有利于中间包内夹杂物的上浮排除。     

新型中间包结构数学模拟

为了延长钢水在中间包内的停留时间、减少卷渣和改善夹杂物的上浮排出,提高铸坯的质量,通过对中间包结构发展的分析,提出了新型中间包结构--导流隔墙和导流管结合.同时,应用FLUENT软件对新型的中间包结构进行了数学模拟,计算了新型中间包结构内的钢液流动.结果表明,新型中间包结构内钢液流动合理,有利于中间包内夹杂物的上浮排除.