连续结晶器研究进展

结晶是化工领域重要的分离纯化单元之一。随着人们对精细化工产品纯度和质量稳定性要求越来越高,近年来结晶技术的研究受到广泛关注。连续结晶克服了间歇结晶过程中不同批次产品质量不一致、生产效率低和成本高等缺点,具有晶体粒度分布窄、产品质量稳定,并且可以连续生产特定晶型或手性晶体的优点,是近年来结晶技术研究的重点方向。结晶器是连续结晶研究的重点之一,本文概述了连续结晶器中混合悬浮混合出料(MSMPR)结晶器和管式结晶器的研究现状,总结了目前连续结晶器的种类和优势,以及存在的问题和解决的方法,展望了未来连续结晶器的发展方向。

连铸结晶器自适应PID同步控制策略研究

在工业生产中,由于长期的使用,出现结晶器两侧的系统参数不一致以及其它不确定的因素,导致结晶器两个子系统之间出现同步输出误差,影响铸坯质量。为减少结晶器两个子系统同步输出误差,提高铸坯质量的同时降低人力成本。本文针对PID控制的液压伺服驱动的连铸结晶器提出了连铸结晶器自适应PID同步控制策略。对液压伺服系统驱动的连铸结晶器数学模型进行推导,通过仿真系统对连铸结晶器进行模型搭建,来模拟出实际工业生产中的结晶器,并采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)和遗传算法(Genetic Algorithm,GA)调用构建的模型并对其进行PID参数寻优。通过仿真验证由智能算法优化得到的PID参数具有较小的同步误差,达到了自适应同步控制的效果,满足工业生产的指标。

拉速和吹氩量对板坯结晶器内气液两相流动的影响

通过水力学模型和数值模拟的方法,分析了拉速和吹氩量对结晶器内气泡分布和流场的影响。结果表明,拉速由1.0 m/min增加到1.4 m/min,结晶器内气泡直径不均匀度由0.73降低到0.64,气泡直径分布更均匀,上表面钢液最大速度由0.09 m/s增加到0.16 m/s;吹氩量由4.0 L/min增加到8.0 L/min,结晶器内气泡直径不均匀度由0.59增加到0.72,气泡直径分布的不均匀性增大,上表面钢液最大速度由0.14 m/s降低到0.09 m/s。在水口浸入深度为150 mm条件下,较好的工艺方案为拉速1.2 m/min,吹氩量4.0 L/min,研究结果可以为优化工艺参数、提高铸坯质量提供理论依据。

结晶器电磁搅拌对475 mm特厚板坯表层大颗粒夹杂物控制研究

特厚板坯已成为基础建设所依赖的重要钢铁材料,广泛应用于军用和民用领域。铸坯表层大颗粒夹杂物是影响铸坯质量的关键因素之一。在475 mm特厚板坯连铸生产过程中,为探究结晶器电磁搅拌(M-EMS)对铸坯表层夹杂物的影响,进行有M-EMS和无M-EMS的对比试验。采用无水电解法提取试样中的大颗粒夹杂物,计算其数量密度和质量密度。结果表明,与无M-EMS时相比,有M-EMS时铸坯表层各尺寸夹杂物质量密度和数量密度均明显减小,其中,尺寸大于150μm的大颗粒夹杂物减少幅度最大,质量密度由3.817 mg/kg减小至1.511 mg/kg,表明M-EMS能有效控制特厚板坯表层大颗粒夹杂物。对夹杂物进行成分分析,结果表明,夹杂物的来源可能是生产过程中产生的脱氧产物(Al_(2)O_(3)-SiO_(2)或单一的Al_(2)O_(3))、浇注过程中卷入的保护渣(含有Na_(2)O)以及由于钢水冲刷落入钢液中的耐火材料。

小倒角结晶器窄面铜板角部冷却结构优化

为解决某钢厂板坯小倒角结晶器高拉速生产时铸坯角部纵裂纹比例增大问题,在原型倒角分叉槽冷却结构基础上,提出不同圆孔直径和圆孔位置的1孔1槽方案。建立窄面铜板和冷却水三维传热耦合模型,并通过工业实测热电偶温度和冷却水进出口水温差进行验证,计算了优化前后不同方案的窄面铜板和冷却水温度和速度场。对比分析不同方案的铜板热面温度值大小和均匀性后发现,相比于分叉槽结构,圆孔直径D=8 mm和圆孔位置H=26 mm的1孔1槽冷却结构:弯月面铜板倒角热面温度降低幅度最大为14.4~17.6 K;螺栓截面铜板倒角热面温度降低幅度最大为10.9~12.3 K;圆孔内冷却水流速达到8.4 m/s,保证了对倒角面和倒角顶点铜板的冷却;螺栓两侧水槽冷却水流速达10.0 m/s,增强了螺栓周围铜板冷却均匀性。

倒角结晶器铜板镀层崩边原因分析及控制

针对倒角结晶器窄面铜板镀层崩边问题,从结晶器传热、铜板结构、镀层性能等角度分析原因,提出采用激光熔覆技术对铜板表面进行强化的解决方案,并开展了工业试验进行验证。研究结果表明:铜板角部温度高、镀层厚度大、镀层与铜板热变形差异大、在线调宽状态下铜板侧面清渣不彻底是影响镀层发生崩边的重要原因。采用激光熔覆技术后,倒角窄面铜板的过钢量由5万t提高到10万t以上,当过钢量达到8.7万t时,熔覆层仍未出现角部崩边、剥落及因磨损过大引起的局部露铜现象。

水平连铸结晶器内真实换热边界计算及传递模型

连铸结晶器内冷却水的流动、传热和金属液的传热、凝固全耦合计算时,模型计算效率低、收敛性差,而不考虑真实冷却水流场只进行金属液传热-凝固耦合时,模型计算精度较低,可将冷却水流动-传热和金属液传热-凝固过程分别建模,并基于二次开发的温度场量原位传递程序,将模型串联耦合。结果表明,通过耦合流场计算得到的真实冷却边界替代传统均匀界面换热系数的边界条件施加方式,在保证模型计算效率和计算精度的前提下,可准确模拟铸坯晶粒的尺寸、取向和数量,经试验验证,模拟结果与试验结果高度吻合。

铜结晶器表面双脉冲共沉积制备Co-Ni-Ce防护镀层

为了提高铜结晶器的防护能力,延长其使用寿命,本文利用双脉冲在氨基磺酸体系下共沉积制备Co-Ni-Ce防护镀层,研究Co(SO_(3)NH_(2))2·4H_(2)O质量浓度、脉冲电流密度、电信号控制以及CeCl_(3)·7H_(2)O质量浓度等工艺参数对镀层硬度的影响。实验结果表明,最优工艺参数为Co(SO_(3)NH_(2))2·4H_(2)O质量浓度33.3 g/L,脉冲电流密度4 A/dm^(2),占空比40%,脉冲频率20 kHz,CeCl_(3)·7H_(2)O质量浓度2 g/L;硬度达到559.01 HV;Co-Ni-Ce镀层形貌致密,晶粒分布均匀。添加Ce以后,合金衍射峰择优取向由(111)向(200)转变,无金属单质相生成。

ESP连铸结晶器在线调宽功能应用与实践

基于ESP无头轧制产线的特点和ESP连铸结晶器调宽功能,通过制定在线调宽策略,实现ESP高拉速、高通钢量条件下,在线调宽生产非标宽度产品的工业化稳定生产。

超低温结晶器磁流体密封设计及仿真优化分析

针对传统密封应用在结晶器时存在泄漏及磨损等难题,以连续冷冻结晶器为研究对象,设计一种带有升温功能的新型磁流体密封装置。通过有限元软件对磁场及温度场进行分析,得到关键参数对密封耐压值的影响;采用正交实验法对参数进行优化,并采用控制变量法分析不同热水质量流率及密封间隙对磁流体温度的影响。结果表明:结构参数对密封性能的影响程度依次为:密封间隙>永磁体高度>永磁体宽度>槽宽>齿宽>齿高;优化后各结构参数为密封间隙0.3mm、极齿宽度1.2mm、槽宽3.6mm、极齿高度3.2mm时,密封耐压值为0.503MPa,高于优化前的0.384MPa;由于工况温度较低,为保障磁流体密封正常工作,需通入质量流率大于0.1kg/s的常温水。

板坯连铸结晶器流场数值模拟

结晶器在钢铁的生产流程中承担着钢液凝固的重要任务,对连铸坯质量有重大影响,合理的结晶器流场对于减少连铸坯质量缺陷有积极的作用,其中连铸坯拉速、浸入式水口倾角、水口浸入深度及氩气流量是影响结晶器流场和钢渣界面稳定性的重要因素。通过数值模拟的方式,分析上述工艺参数对某厂生产1650 mm×200 mm板坯连铸结晶器流场和钢渣界面的影响,当拉速为1.2 m/min、水口浸入深度145 mm、水口倾角为15°、吹氩量4 L/min时可获得较为理想的流场形态,为制定合理的生产工艺提供理论性的参考。

薄板坯连铸结晶器在线调宽技术的应用

日照钢铁公司薄板坯连铸连轧产线以其短流程、低能耗、高产量的特点而得到快速发展,该产线以生产低碳低硅钢、耐候钢、汽车钢、中碳钢、高碳钢等系列1250~1500 mm断面规格为主,带钢尺寸精度控制高。由于连铸结晶器出口宽度固定,单浇次内带钢宽度单一,通过应用结晶器在线调宽技术,实现了单浇次内多种规格宽度生产,实现了薄板坯连铸连轧技术的新突破。

连铸结晶器缓振行为分析

连铸结晶器采用8段式非正弦振动波形可使铸坯裂纹更少,裂纹愈合能力更强,但是其对应加速度大,容易产生振动冲击影响结晶器运行.以钢板弹簧和柔性弹簧对结晶器振动过程进行刚性加持和柔性减振,利用钢板弹簧和柔性弹簧的弹簧力平衡振动冲击产生的惯性力,可以达到减小冲击的目的.计算分析发现相同载荷下柔性弹簧比钢板弹簧的应力大,且每增加10%载荷,柔性弹簧最大应力比钢板弹簧多增加21.23 N.通过二分法计算发现,柔性弹簧平衡87.5%的惯性力,钢板弹簧平衡12.5%的惯性力,可以减小90%以上因加速度产生的冲击,为连铸结晶器8段式非正弦振动波形应用提供参考.

复合磁场作用下板坯结晶器内钢液流动、传热与凝固的数值模拟

为利用板坯连铸过程中电磁搅拌技术和电磁制动技术各自的优点克服自身缺点,本文应用了结合电磁搅拌和电磁制动的分体式复合磁场并提出电磁制动的结构为单条型电磁制动,对板坯连铸结晶器流场和温度场进行控制.建立了该磁场下结晶器内钢液流动、传热、凝固耦合的三维数值模拟模型.对复合磁场给予结晶器内钢液流动及传热与凝固的影响进行了分析.结果表明:施加复合磁场后,结晶器内上、下返流流速明显减小,钢液主流股对窄面的冲击深度变小,上返流整体下移,弯月面钢液形成顺时针循环流;结晶器内整体温度分布更均匀,弯月面处温度较无磁场时基本不变;结晶器出口处凝固坯壳更为均匀,其厚度较无磁场下有所增加,钢液射流对窄面附近初生坯壳冲刷程度减小.

基于数学物理模拟和高温测速的拉速对吹氩结晶器流场行为的影响

通过结晶器的流场优化可以降低连铸坯的炼钢缺陷,从而提高汽车外板的表面质量。结合数值模拟、水模拟和高温定量测速3种手段研究了拉速对结晶器流场的影响。研究结果表明,随着拉速提高,结晶器1/4宽度附近的表面流速增大,数值模拟、水模拟和高温定量测速的结果吻合良好。在结晶器断面尺寸为1190 mm×230 mm,氩气流量为8 L/min,水口浸入深度为170 mm时,随着拉速从1.2 m/min增加至1.3、1.4、1.5、1.6 m/min,结晶器流场的流动形态均为双循环流,结晶器窄面附近和1/4宽度附近的钢液从窄面向水口方向流动,水口附近的钢液从水口向外流动。随着拉速增大,窄面附近和1/4宽度附近的表面流速逐渐增大,水口附近的表面流速逐渐减小。此外,窄面附近和1/4宽度附近的液面波动都逐渐增大,容易形成气泡卷渣。因此应根据连铸生产中汽车外板的质量要求,将拉速控制在一个合理的范围内。

1000~2200 mm宽板坯连铸机结晶器流场优化与应用

为改善某厂超低碳钢连铸过程中出现偏流、跳棒及水口堵现象,通过对中间包透气上水口、塞棒和浸入式水口等连铸功能耐材进行改进,将透气上水口改用特殊的弥散式透气材质,吹入的氩气气泡沿水口内壁形成均匀的气幕,表面气孔率较改进前提高5.2%,防止了夹杂物在水口内壁蓄积,缓解水口堵;将塞棒棒头由中心部位的吹氩孔由1个改为6个,实现360°均匀吹入氩气,减少棒头夹杂物蓄积;将浸入式水口改用无碳,低铝,高硅内衬,改变水口内壁材质,防止浸入式水口堵塞。改进后耐材在超低碳钢上推广应用,使得每浇次跳棒次数减少0.83次、降幅31.8%,水口堵造成的在线更换浸入水口频次减少了0.38支、降幅41.3%,稳定结晶器液面控制精度,提升冷轧卷夹杂合格率0.238%,并提高了单中间包连浇炉数0.53炉、增幅8%,使1000~2200 mm宽板坯连铸机结晶器流场得以优化。

宽厚板结晶器电磁搅拌的设计与运用

由于宽厚板对结晶器稳定性的高要求,原有结晶器电磁搅拌技术已难以满足生产宽厚板的要求。为此在宽厚板上采用分段式铁芯磁路设计能增强结晶器水箱的强度和使用稳定性要求。通过数值模拟的方法,对宽厚板铁芯分段式结晶器电磁搅拌的磁路结构进行计算和设计,考察了铁芯饱和尺寸和最大电流作用下的结晶器内磁场分布特征。通过一年的使用数据,使用宽厚板电磁搅拌、厚板探伤降级率、厚板夹渣降级率、厚板气泡降级率及热轧卷渣封锁率都有显著的下降,表面质量改善较好。

连铸机结晶器振动装置动态性能分析

近年来,随着产品需求的增多,连铸生产规模显著扩大,很多专业化企业建立了相对完善的连铸生产线,引进了现代化工艺与设备。结晶器振动装置为连铸生产中必不可少的设备,虽市场上的此设备种类繁多,但每个企业都有各自的生产特点,对设备性能的要求各有不同。动态性能是连铸机结晶器振动装置的一大关键指标,此性能关乎设备的可靠性与稳定性。基于此,本文着重分析了连铸机结晶器振动装置的动态特性,以期为设备选型、维护、检修提供参考与借鉴。

己二酸结晶器出料工艺技术研究及应用

己二酸结晶器为负压操作设备,原理为真空蒸发降温结晶析出,结晶器出料工艺操作难度较大,需进行“引液”操作,由离心泵抽出输送到储料罐内,结晶器出料至泵入口引液困难,耗时长,且结晶器日常运行中极易断流,泵进出口管线极易堵塞。对结晶器出料工艺进一步探究及优化,简化操作步骤,且对己二酸产品晶体质量提升具有较大的促进作用,并且提出了新的出料工艺思路,并结合晶体粒度分布实验测量结果,设计出新的己二酸结晶器出料装置及工艺,降低检修费用与操作难度,消除安全隐患,保证装置的稳定运行;消除叶轮对颗粒度的干扰,保证后续的分离效果,有利于后序液固相的分离以及流化床的干燥,同时使得产品中的水分含量和硝酸含量显著降低;实施后对结晶器的液位控制变得更加平稳,保证产品质量稳定。

氯化铵结晶器产能提升探讨及总结

联碱生产中氯化铵结晶工段通过降低氯化铵溶解度使其析出,同时为制碱过程补充原料,因此结晶器产能将直接影响纯碱产能。重庆湘渝盐化联碱结晶器系为2060工程配套设计,原设计能力为60万t/a,随着联碱产能的提升,对氯化铵结晶器产能的需求也随之提高。拟结合氯化铵结晶热力学和动力学研究现有结晶器产能提升的极限,为配套联碱产能提升方案选择提供数据支撑,实现氯化铵结晶器经济、高效、合理扩能。