Modeling study on fluid flow and inclusion motion in 6-strand bloom caster tundishes

The behavior of fluid flow and particle motion in a 6-strand bloom castertundish was investigated by a water model and numerical simulation. Compared with a device withoutflow control, the tundish with flow control has an important effect on the fluid flow pattern andinclusion removal. It is revealed that by non-isothermal process, which is real productioncondition, the fluid flow in tundish shows a strong buoyancy pattern, which drives particles to moveupwards. The particle removal was quantitatively studied by mathematical and physical simulations.

Mathematical modeling of fluid flow, heat transfer and inclusion transport in a four strand tundish

Mathematical simulation was used for trouble-shooting and optimization. By the mathematical simulation, fluid flow and beat transfer of molten-steel in a four-strand tundish of a billet caster under different conditions （bare tundish and tundish with flow control device） were analyzed, The results showed that （1） the tundish with flow control device （FCD） has an important effect on the fluid pattern and temperature distribution; （2） the unsteady, solving method was used to model the inclusion motions at different time perthds, and it showed that the FCD is advantageous to separate the nonmetallic inclusions. According to the simulation results, the main problem existing in the industry preduction was found, and some helpful rneasurements were executed. Consequently, the large nonmetallic inclusions were separated, and the content of total oxygen was reduced. The qualily of steel was greatly improved.

Orthogonal analysis of water model study on the optimization of flow control devices in a six-strand tundish

Improper flow control devices in a multi-strand tundish can cause some problems, for example, liquid steel cannot reach every nozzle at the same time and the liquid steel in nozzles far away from the entry zone has a lower temperature. The water model experiment of a six-strand tundish of Tianjin Iron ＆ Steel Co. Ltd. was performed, a new ＂U＂ type baffle was obtained, and its parameters were defined by perpendicular analysis. The ＂U＂ baffle can not only improve those imperfections, but also prolong the residence time of nonmetallic inclusions, which is good for their flotation and separation.

Optimization of flow control devices in a tenstrand billet caster tundish

The physical model of a ten-strand billet caster tundish was established to study the effects of various flow control devices on the melt flow. Before and after the optimization of the melt flow, the inclusion removal in the tundish was evaluated by plant trials. The physical modeling results show that when combined with a baffle, the turbulence inhibitor, instead of the impact pad, can significantly improve the melt flow. A turbulence inhibitor with a longer length of inner cavity and without an extending lip at the top of the sidewall seems to be efficient in the improvement of the melt flow. Various types and designs of baffles all influence the flow characteristics significantly. The "V" type baffles are better than the straight baffles for flow control. The "V" type baffle with four inclined holes at the sidewall away from the stopper rods is better in melt flow control than the one with one inclined hole at each sidewall. The combination of a well-designed turbulence inhibitor and an appropriate baffle shows high efficiency on improving the melt flow and an optimal proposal was presented. Plant trials indicate that, compared with the original tundish configuration in prototype, the inclusions reduce by 42% and the inclusion distribution of individual strands is more similar with the optimal one. The optimal tundish configuration effectively improves the melt flow in the ten-strand billet caster tundish.

大方坯中间包控流装置及冶金效果的研究

以某炼钢厂五流大方坯连铸中间包为研究对象,采用数值模拟方法,研究不同控流装置及操作参数下的中间包内钢液流动特性。研究结果表明,设计结构合理的湍流器、挡墙和挡坝组合的中间包结构,对钢液流动状态具有重要影响,可延长中间包内钢液停留时间,达到去除夹杂物和均匀各流钢水温度的冶金效果。优化后的中间包结构能够更好地满足高品质特钢质量的要求。

双长水口七流中间包结构优化的数值物理模拟

以某钢厂双长水口七流方坯中间包为研究对象,进行中间包优化研究。建立1∶4水模型并开展水模实验,对水模实验结果进行分析,研究导流孔位置和上仰角度对双长水口中间包流场的影响,选取最优的控流装置。同时,运用商业软件ANSYS Fluent对原型中间包和优化中间包进行流场和温度场耦合计算,并与水模型结果相互验证。结果表明,优化前后停留时间从127 s增至253 s,死区比例从57.13%减至24.10%,停留时间标准差从21.74减至10.87,浇注区纵截面浇注温度最大温差从4.7 K降至1.2 K,各流水口温差明显降低,中间包各水口一致性增加,流动更加均匀。

三流板坯中间包控流装置优化物理模拟研究及应用

创新性提出新型中间包控流装置-分流岛。通过物理模拟实验,研究了三流板坯连铸机采用不同分流岛、挡墙、挡坝及湍流控制器组合时中间包内钢液流动的特性。通过实验找到了本工程三流板坯中间包优化的控流装置。采用该控流装置组合有效地均衡了各流钢水流动,改善中间包内钢水流动形态,延长钢水在中间包内平均停留时间,降低死区比例,缩小边流与中间流之间钢水流动及温度的差异,实现了均匀各流钢水成分和温度,提高钢水纯净度,保障工艺顺行。项目投产后,生产稳定,最大日产铸坯10 890 t/d,平均日产量10 000 t/d。生产厚度200 mm铸坯时,稳定工作拉速可达到1.8 m/min。各流铸坯质量优良,实现三流板坯连铸机的建设初衷。三流板坯连铸机是大转炉匹配中窄宽度板坯生产的理想选择。

多流中间包少流浇注过程的研究现状

在连铸过程中,多流中间包经常会出现少流浇注现象。针对这一现象,国内外学者通过运用物理模型和数学模型,对少流操作过程的中间包内流场、温度场以及夹杂物去除进行研究。通过对不同流数的中间包进行分类,并对超多流、六流和四流中间包少流操作研究现状进行分析研究,以期探寻合理的水口关闭方案。

十流小方坯连铸机双中间包流场的优化设计

对山钢十流小方坯连铸机双中间包进行设计优化,确定合理的中间包结构类型;通过中间包流场、温度场数值和水力学模拟研究,分别为品种钢、普通钢连铸生产设计了L型挡渣墙结构中间包和整体稳流器挡渣墙结构中间包。双中间包结构类型、流场经过优化,延长了钢水在中间包内的平均停留时间,减少了各流间出口钢水温差,提高了钢水纯净度,有效促进了生产的稳定顺行和产品质量的提升。

十流小方坯连铸机双中间包使用寿命提升生产实践

为了提高十流小方坯连铸机双中间包使用寿命,通过实施中间包整体式稳流器、工作层渣线修砌、冲击区永久层等一系列改造、工艺优化的实施,解决了分体式稳流器、加强板易漂浮,工作层渣线部位侵蚀速率快、容易损坏,冲击区永久层不耐侵蚀等问题,十流小方坯连铸机中间包使用寿命得到了大幅度提升。

多流中间包内流体流动模式的分析方法

提出了多流中间包内流体流动的联合RTD曲线分析方法,并从整体上对多流中间包平均停留时间作出新的解释.以某钢厂多流中间包为模拟对象,进行了水力学模拟实验,采用联合RTD曲线分析方法对多流中间包内流体流动模式进行分析,并与常用的方法进行了比较.实验结果表明.不考虑死区的缓慢流动将会使死区的计算结果产生较大偏差.运用联合RTD曲线分析计算多流中间包内流体流动模式,能够更真实地反映中间包内实际流动状况.

多流连铸中间包内钢液流动特性的分析模型

分析中间包内钢液的停留时间分布(RTD)曲线,从而定量描述其内流动特性的组合模型已被应用数十年,但对于多流中间包,目前还没有公认的流动特性分析模型.本文提出了针对多流中间包流动特性的分析模型,为多流中间包内的活塞区、混合区、死区体积分数的定量计算提供理论依据,并与已有的分析方法进行了比较.

多流中间包内钢液流动规律模拟研究

针对攀钢六流大方坯连铸中间包,采用等温和非等温物理模拟的研究方法,研究了钢水在中间包内的流动规律。实验结果表明自然对流对钢液的流动模式具有重要的影响,因此,对于体积大、流间距长的中间包必须采用非等温的模拟研究方法。实验还证明了在非等温情况下中间包内加控流装置的必要性。

多流连铸中间包各流流动特性一致性的判别

针对多流中间包各流流动特性一致性没有公认的分析方法这一事实,提出了一个新的分析方法,并结合一个工厂的六流中间包的物理模拟与已有的分析方法进行了对比研究,找出了较优的多流中间包各流流动特性一致性的定量分析方法,为定量分析多流中间包各流流动特性一致性提供了依据.

四流大方坯连铸中间包的物理模拟研究

针对近T型四流大方坯连铸中间包设置合理的控流装置问题,采用水力学模拟实验的方法在等温和非等温条件下分别对“V墙+坝”和“湍流器+坝”两种方案进行了正交优化实验。实验结果表明,该中间包在无控流装置时存在短路流,死区较大;“V墙+坝”1#方案能明显改善中间包内流场,使死区体积减小,活塞流体积增加,温度分布较均匀;“湍流器+坝”方案对流场也有一定程度的改善,但仍然存在短路流和较大死区,流场和温度分布不均匀。

气幕挡墙技术优化多流中间包数模研究

采用数学模拟方法,依据某无缝钢厂实际六流中间包操作工艺参数,应用欧拉两流体模型、多孔介质模型、欧拉-拉格朗日随机轨道模型及Monte-Carlo法,引入气泡吸附模型,研究了气幕挡墙技术对中间包内钢液流动特性及夹杂物去除率的影响。结果表明,采用气幕挡墙技术,对于改善钢液流动状态、均衡各出口停留时间、延长钢液平均停留时间、降低死区体积、提高夹杂物去除率和实现多流超纯净钢冶炼效果显著。

多流水方坯连铸中间罐内液体流动状态的研究

采用刺激－响应法技术，对多流小方坯连铸中间罐内液体的混合与动状态以及夹杂物排除规律进行了研究，测定了停留时间、分布函数和曲线以及温度分布。实验结果表明：对３流以上的多流连铸中间罐，选用梯形结构，其内设置适当的流股控制系统后，流体的混合与流动得到改善，各水口区流股特性趋于一致，中间罐内注流温度分布均匀，平均停留时间增长，夹杂上浮率大于９９．９８％。

八流T形连铸中间包钢水停留时间分布特征研究

基于相似原理，建立了八流连铸中间包的1：2物理模型，通过水模实验测定了1#～4#控流方案下中间包内的停留时间分布（Residence time distribution，简称RTD）。通过推导提出了多流连铸中间包的RTD曲线分析方法，并以此分析了中间包内的流体平均停留时间、流动模式和各流流动一致性，进而对控流装置进行优化选择。研究结果表明，3#控流方案能较好地改善中间包内的流动特征。

基于示踪剂体积的多流中间包流动特性分析模型

在分析总结目前国内外已有的连铸中间包死区体积分数分析模型的基础上,提出一种基于示踪剂体积的多流中间包死区体积分析新模型,利用该模型计算了5种方案下的三流中间包死区体积分数,结果表明,该模型算法可靠性强且计算精度高。

7流方坯连铸中间包结构优化

在实验室建立了7流中间包流体流动的物理模型,研究不同的控流装置组成的中间包结构对流体流动特性的影响.研究结果表明,采用原设计的导流隔墙,中间包的流体流动特性差,最小停留时间和峰值时间小,特别是第3,4流.各流的平均停留时间短,死区体积分数大于49%.中间包结构优化后,中间包流体流动特性得到很大改善,各流的停留时间分布曲线由尖窄形变成了宽矮形,最小停留时间在44.75～73.75s之间,平均停留时间延长,均在400s以上,死区体积分数显著降低,在14.45%～21.10%之间.多流中间包应有合适的冲击区体积,设计的控流装置应考虑中间包两端的控流作用.