连铸过程长水口理论吹氩流量分析

连铸过程水口间接缝容易吸入空气,使得钢液二次氧化。生产中采用长水口吹氩来防止空气吸入,但吹氩流量控制不当会导致铸坯缺陷。水口吸入空气是由于水口内部压力低于大气压,目前水口吹氩流量控制与工艺参数调整并未建立联系。基于连续性方程和伯努利方程建立钢包到中间包的质量-能量守恒数学物理模型,研究长水口钢液流动时水口内压力分布,总结不同出口条件及吹氩流量下水口内流体分布状态,同时计算不同条件下的理论吹氩流量;探究浇注时间、拉坯速度、滑动水口及长水口直径、长水口浸入深度、吹氩流量对水口内压力分布的影响。研究发现,提高拉速、增加长水口浸入深度、减小滑动水口和长水口直径以及提高水口吹氩流量有利于减小水口内负压;当提高拉速、增加长水口浸入深度或增大水口直径时应当加大吹氩流量;使用喇叭型长水口可以降低出口钢液速度,其内部压力小于直筒型长水口,吹氩时其水口出口钢液速度增加量比直筒型长水口小。研究结果为制定长水口吹氩量提供了理论基础。

吹氩模式对钢包内多相流流动行为影响的数值模拟研究

以某钢厂150 t钢包为对象,通过数值模拟手段研究了吹氩模式和吹氩流量对钢包流场、钢渣界面行为和壁面剪应力分布的影响。结果表明:单孔吹氩模式下,钢包内环流远端流速低,钢渣界面流动不活跃,易导致此处渣层冷凝结壳;双孔等流量吹氩模式下,随着吹氩流量增大,钢渣界面流速增加,但其流动活跃性降低;双孔差流量吹氩下,大吹氩流量时钢渣界面能维持一定范围的活跃流动。当吹氩流量在120~240 L/min范围,单孔吹氩所形成的渣眼面积大于两种双孔吹氩模式;当吹氩流量超过240 L/min,双孔等流量吹氩下渣眼面积最大,双孔差流量吹氩对应的渣眼面积最小。另外,单孔吹氩下壁面剪应力最大,应力面积较小,双孔等流量吹氩下剪应力虽然显著降低,但分布区域面积增大。综上所述,双孔差流量吹氩模式可以在提高钢液精炼效率的同时,降低对钢包内衬耐火材料的流动侵蚀。

透气砖布置和吹氩流量对钢包内钢液流动行为的影响

针对攀钢200t钢包,采用物理模拟与数值模拟相结合的方式,研究了透气砖布置方式和吹氩流量对钢液流动行为的影响规律。结果表明,当两透气砖呈120°布置在距包底中心0.62R(R为包底半径)处时,钢液的平均流速和平均湍动能大,"死区"范围小,混匀时间短,是合理的透气砖布置方式,其临界吹氩流量为27m3/h;与单透气砖相比,双透气砖喷吹的能量利用率高,"死区"范围小,单透气砖的吹氩流量需控制到45m3/h才能达到与双透气砖吹氩流量为27m3/h时相同的搅拌效果。实践证明,研究得到的透气砖布置方式和吹氩流量能保证熔池的搅拌效果,使转炉钢水经吹氩处理后,钢包不同位置温差小于10℃,Δw[C],Δw[Si],Δw[Mn]小于0.03%;在一定的软吹氩流量条件下,吹氩时间大于等于8min,可以使钢中wT[O]小于25×10-6。研究表明,用离散相模型对钢包底吹氩过程进行数值模拟,可以得到与物理模拟试验和生产实践较为吻合的结果。

135t LF钢包炉底吹氩工艺水模型研究

以某135t LF钢包底吹氩为原型,建立了模型和原型比为1∶3.4的钢包水力学模型,研究了透气砖布置方式和吹氩流量对钢液混匀时间的影响。结果表明,在单吹工艺中,0.3R与0.4R下的混匀时间最短,分别为42.7、43.3 s,且对壁面的冲刷作用最弱;在双吹工艺中,大角度(≥120°)工艺比小角度工艺的混匀效果更好,0.5R-120°透气砖布置时混匀时间最短,为35.7 s。在相同流量下,单吹混匀时间略低于双吹。双吹工艺对包壁的冲刷明显好于单吹工艺。综合考虑,宜采用双吹工艺,原型的最佳透气砖布置为0.5R-120°。单、双吹工艺的最佳吹氩流量分别为500、600 L/min。

135t LF钢包炉底吹氩混匀时间及临界流量的物理模拟

以某钢厂135 t LF钢包底吹氩为原型,建立了模型和原型比为1∶3.4的钢包水力学模型,研究了透气砖布置方式和吹氩流量对钢液混匀时间的影响。试验表明,单吹工艺中,0.3 R与0.4 R下的混匀时间分别为42.7 s、43.3 s,且对壁面的冲刷作用最弱;双吹工艺中,大角度（不小于120°）工艺比小角度工艺的混匀效果更好,0.5 R-120°透气砖布置时混匀时间最短,为35.7 s。相同流量下,单吹混匀时间略低于双吹。由于双吹工艺下气体分流,对包壁的冲刷明显好于单吹工艺。综合考虑,宜采用双吹工艺模式,原型的最佳透气砖布置方案为0.5 R-120°。单吹工艺的最佳吹氩流量为500 L/min,双吹工艺的最佳吹氩流量为600 L/min。

浇注钢包环出钢口多孔透气塞吹氩去夹杂行为数值模拟

针对浇注钢包环出钢口多孔透气塞吹氩去夹杂工艺,以国内某钢厂130 t钢包为研究对象,建立VOF-DPM耦合数学模型,考察了浇注吹氩条件下钢液流场的发展过程以及余钢高度、吹氩流量、透气塞堵塞个数对钢包浇注过程夹杂物去除的影响规律。结果表明,浇注初期,随吹氩时间增加,气液两相区逐渐增大,钢包水口上方的2个循环流逐渐变大,当吹氩时间为12 s时,钢包内形成稳定的气液两相流;随余钢高度的降低,夹杂物的去除率逐渐增加,但当余钢高度从500 mm降至250 mm范围内时,夹杂物去除率增幅变缓;随吹氩流量的增加,夹杂物去除率存在2个局部最优点(30 L/min和60 L/min),在这2个局部最优吹氩流量前后,夹杂物的去除率均呈先增大后减小的趋势;与未堵塞相比,堵塞1个透气塞时,夹杂物的去除率相差不大,而堵塞2、3个透气塞时,夹杂物去除率下降明显。研究结果可为该工艺实际应用提供理论指导。

板坯连铸结晶器内流场与液面波动的模拟研究

通过建立结晶器原型数学模型和相似比为1∶1.5的结晶器水模型并结合PIV测速技术,研究了吹氩流量、拉坯速度、水口倾角和水口浸入深度对连铸结晶器内钢液流动和钢-渣界面波动情况的影响。结果表明,不同条件下,通过数值模拟方法得到的钢液流动行为与水模型实验结果相符;适当增大吹氩流量有利于降低窄面液面波高,但吹氩流量过大会加剧水口附近湍流流动;随着拉坯速度的增加,渣层波动幅度增大,液面卷渣的可能性增加;结晶器液面波高则随着水口倾角和水口浸入深度增加而明显降低,渣层稳定性得到改善。当吹氩流量为8 L/min、拉坯速度为1.0 m/min、水口倾角为25°、水口浸入深度为150 mm时,板坯结晶器内可获得较为稳定的流场,结晶器液面波动控制在5~6 mm,可减少甚至避免结晶器内剪切卷渣现象的发生。

RH精炼装置物理模型及验证

为了优化RH工艺参数,建立了RH精炼装置物理模型,并基于此对吹氩流量、浸入深度对钢液流场的影响进行了研究。对实验结果进行数值模拟,证明了物理模拟结果和物理模型的正确性。

板坯夹渣原因分析及预防

通过分析热轧卷夹渣缺陷的形貌及成分,结果显示:夹渣主要是结晶器保护渣卷入钢液中形成的。基于理论分析,得出结晶器窄边翻,水口结瘤以及液面波动是板卷夹渣缺陷的主要影响因素。最后,通过优化浸入式水口插入深度和吹氩流量,及时更换浸入式水口,以及稳定结晶器液面波动和拉坯速度等措施,显著地改善了铸坯质量,热轧归户降级率改进56.7%。