蝶式感应加热中间包流场与升温特性

针对传统连铸设备中间包钢液入口与浇注口距离近无法安装感应加热装置的问题,设计出一种新型蝶式感应加热中间包,并建立三维非稳态磁-热-流耦合数学模型研究电磁场对蝶式中间包内流场和温度场的影响,得到感应加热功率与升温特性间的关系.结果表明,感应电流在中间包中形成闭合回路且主要集中在通道处.偏心电磁力使得钢液在通道内产生旋流并伴有较大切向速度,流出通道的钢液向浇注室上方运动.中间包过流量为2t/min时,无感应加热情况下出口温降为7K,而有感应加热情况下,当加热功率由600kW增至1000kW,出口温升由8K增至27K.     

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.     

电磁净化中间包传输特性的水模拟

为了得到电磁净化中间包中流体的流动及传输特性,以及旋转运动在中间包净化钢液中所起的作用,采用中间包物理模拟方法,对电磁净化中间包中不同控流装置配置和旋转速度下的停留时间分布曲线进行了测试,并对流场进行了显示实验.结果表明:电磁净化中间包圆形腔中的旋转运动能够减小中间包中滞留区分数,增加活塞区比例,同时增长平均停留时间,有利于中间包内夹杂物的去除;但旋转速度不是越高越好,存在一个最佳值.     

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.     

连铸中间包钢液加热方式的模拟

研究采用模型实验法，以重庆特殊钢厂弧型连铸机、成都无缝钢管厂水平连铸机为原型，探索了中间包感应加热的温度场和升温效果，实验中使用了微机采集数据，并对数据进行系统的处理，在此基础上与电渣加热模型实验比较，结果表明：两种加热方法都可以提高中间包内的钢液温度，只是温度分布有所不同。模拟感应加热的热效率可达８０％，对结果进行了无量钢化处理，推算出热态中间包的温度分布。     

感应加热中间包夹杂物的运动及去除

针对某钢厂双通道式感应加热中间包,建立了三维非稳态数学模型来研究感应加热中间包内夹杂物的运动行为和去除率.从力平衡原理出发,采用欧拉-拉格朗日方法分析了感应加热中间包内夹杂物的运动行为.建立了感应加热情况下夹杂物碰撞长大的数学模型,考察了夹杂物碰撞长大对其去除率的影响.结果表明,钢液流过通道受到紧箍作用,夹杂物会受电磁压力作用而向通道壁面运动,有利于夹杂物的去除;碰撞长大能够显著提高小粒径夹杂物的去除率;感应加热有助于夹杂物的去除,尤其是小粒径夹杂物.     

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。     

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。     

电渣炉夹具感应加热的有限元数值模拟

采用有限元分析法和ANSYS软件,引入复矢量磁位,推导了感应加热有限元模拟的数学模型.讨论了感应加热有限元分析中温度场与电磁场耦合、工件材料物理参数的温度依赖性等关键技术问题的处理方法.分析了电渣炉夹具的感应加热过程,得到了夹具的温度分布状况以及温度随时间的变化规律.结果表明:温度的最大值主要集中在夹具的表层,且心部几乎未加热,其数值模拟结果与工程实际应用工况基本一致.     

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。     

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%.     

基于横向磁通的包装机横封感应加热建模及仿真

针对包装机横封时的温度分布问题,对横封感应加热的温度场进行了数值建模和计算.在横向磁通原理的基础上,结合横封过程和所用铝塑复合包材的特点,研究了横封感应加热的电磁场和温度场描述方程和边界条件,建立了适用于包装机横封感应加热的电磁场和温度场的数学模型.利用大型通用有限元分析软件ANSYS对感应加热的涡流场和温度场进行了仿真.通过分析包材封合截面的各向温度分布情况,证明模拟实际工况下的温度分布满足封合要求.仿真结果为工程应用提供了参考.     

利用中频电源进行感应加热的温度控制系统

采用STD工业控制机,将原有分立元件模拟电路控制的大功率晶闸管中频电源,改造成带温度负反馈的数字电路闭环控制系统。介绍了其硬件结构、控制算法及软件流程,并讨论了晶闸管中频电源的模拟控制电路与STD工业控制机数字控制电路并联运行时的抗干扰对策。     

电磁感应加热温度场建模方法的研究

为有效解决电磁感应加热过程中加热温度的控制问题,对电磁感应加热温度场的建模方法进行了研究.分析了电流透入深度对工件加热的影响及电磁感应加热过程中工件的温度分布情况,描述了感应加热时工件温度随工件半径和时间的变化情况.将温度场建模理论引入电磁感应加热系统的研究中,给出了电磁感应加热温度场的建模方法.实验结果表明,该方法能够成功地解决电磁感应加热温度的控制问题.