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。

板坯连铸结晶器电磁搅拌流场模拟

电磁搅拌对结晶器内流场和钢渣界面行为影响显著,通过建立1∶5的板坯连铸结晶器电磁搅拌物理模型试验系统和实际结晶器的数学模型,研究了不同搅拌电流对结晶器内流场的影响,并引入了自由表面冻结指数和卷渣指数分别评价自由表面钢液冻结和卷渣概率。结果表明,物理模拟试验系统测得的流场可为数值模拟提供验证支撑;当不施加电磁搅拌时,结晶器内流场为典型的双环流结构,自由表面流速较小,自由表面冻结指数为0.52,卷渣指数为0;施加电磁搅拌后,在结晶器上部形成水平环流,自由表面流速增大;增大搅拌电流,环流效果更加显著,自由表面冻结指数降低卷渣指数增大,当搅拌电流为700 A时,冻结指数降低至0.04,卷渣指数增加至0.245。因此,综合考虑卷渣指数和冻结指数可知,较优的搅拌电流为600 A。

结晶器内氩气泡分布及钢渣界面波动行为

建立了1：0．6的结晶器水模型和结晶器原型数学模型，采用高速摄像机及分析软件研究了连铸工艺参数对结晶器水模型内气泡分布行为的影响；采用离散相模型和VOF模型的数学模拟方法，研究了连铸工艺参数对结晶器内气泡分布和钢渣界面波动行为的影响。结果表明，通过数学模拟获得的结晶器内气泡分布和水模型试验结果吻合性较好；增加吹氩量，结晶器内氩气泡尺寸增大，分布更均匀；吹氩可以降低结晶器窄面附近区域钢液的波高，但会导致水口附近波动加剧；增大拉速时，结晶器内氩气泡尺寸减小，分布更均匀，结晶器窄面波高增大，水口附近液面波高显著降低；增大水口倾角和浸入深度，有助于抑制水口附近和窄面附近的波动，气泡在结晶器内的分布相对较为均匀，气泡尺寸变化不显著。拉速为1．2m／min、水口倾角为15°、水口浸入深度为160mm，较优的吹氩量为4L／min。研究结果可以为优化工艺参数、防止钢液卷渣、提高铸坯质量提供理论依据。

连铸中间包水口堵塞机理及控制技术的发展

中间包水口堵塞问题严重影响连铸正常操作,造成铸坯卷渣、铸坯质量恶化,解决好中间包水口堵塞问题对于稳定连铸生产、提高铸坯质量具有重要意义。结合前人研究成果,总结了不同钢种、脱氧与精炼工艺条件下连铸中间包水口堵塞的机理,评述了钢液中夹杂物的生成、夹杂物向水口内壁面传递、粘附与沉积等因素对水口堵塞的影响机制,分析了各种防止水口堵塞控制技术的特点,提出了改善水口堵塞技术和理论研究方向。

气刀对热镀锌锅流场影响的数值模拟

气刀喷吹是带钢连续热镀锌生产的重要工序,理解气刀喷吹过程对锌锅内部流场和表面流场规律的影响对提高带钢质量具有重要意义。建立了带钢连续热镀锌过程中气刀喷吹三维流场数学模型及锌锅流场三维数学模型,将气刀喷吹在锌锅表面的压力作为动量源项加载到锌锅流场数学模型的动量方程中,分析气刀喷吹压力及带钢速度对锌锅内部及表面流场的影响,并定义了锌锅表面扒渣指数。结果表明:气刀喷吹主要影响锌锅上层区域流场,对底部流场影响不大;锌锅表面扒渣指数会随气刀喷吹压力增加而增加;在有气刀喷吹时,带钢速度增加会使锌锅表面扒渣指数先增大后减小。