真空连铸中间包多场耦合对夹杂物去除影响研究进展

真空感应熔炼过程中连铸中间包内温度梯度与钢液流动对固体夹杂物的去除有重要作用,其直接影响钢液的纯净度。分析了连铸中间包内温度场、流场及应力场耦合数值模拟计算的现状,基于此,总结了多场耦合作用下夹杂物去除数值模拟的问题,介绍了热流耦合、流固耦合以及流固热耦合模拟方法,最后提出了流热固耦合下夹杂物去除数值模拟的建议。合理地控流装置组合和耐材选择可提高钢液质量。

中间包气幕挡墙去除夹杂物的数值模拟

气幕挡墙技术是改善钢液洁净度的重要方法,吹入的气泡不仅可以改善中间包流场,还可以黏附去除夹杂物,大大提高夹杂物的去除率。采用Euler-Lagrange-Lagrange方法来研究钢液、气泡和夹杂物三相交互作用行为,该模型考虑了钢液与气泡、钢液与夹杂物、气泡与夹杂物之间的相互作用。在正常连铸条件下,研究了气泡黏附与吹气量对不同粒径夹杂物去除的影响。模拟结果表明,考虑气泡黏附的夹杂物去除率比不考虑黏附去除提高了19.12%~28.94%,气泡黏附夹杂物是去除夹杂物的重要方式之一,在气幕挡墙的研究中不可忽略。在本研究的吹气范围内,夹杂物的上浮去除率和黏附去除率都随着吹气量的增加而增大。与传统的挡墙挡坝中间包相比,使用气幕挡墙取代传统挡坝更有利于夹杂物的去除。

单流中间包挡墙对夹杂物去除速率的影响

优化中间包结构去除钢液夹杂物是一项重要工作。本文建立某厂单流中间包的夹杂物去除的数学模型,计算不同挡墙高度及入口、出口位置对中间包内夹杂物去除的影响。结论表明:夹杂物去除速率最高时,下挡墙高为318 mm,上挡墙距钢包底部距离为532 mm,上下挡墙距离为600 mm,上挡墙距钢包入口距离为800 mm。

行波磁场净化液态金属时矩形管及三角形管内夹杂物去除效率的理论解析

采用活塞流及轨线模型，对行波磁场净化液态金属时，三角形及矩形管中夹杂物的去除效率进行了理论分析，找出了提高夹杂物去除效率的途径；对两种形状管的夹杂物去除效率进行了比较；

流动液体中夹杂物超声去除的影响因素

以高密度聚乙烯(HDPE)颗粒和水形成的悬浮液为研究体系,考察了有无超声波作用下．介质流量、夹杂物数量以及夹朵物的粒径对总去除率、上浮去除率、壁面粘附去除率的影响,实验结果表明．在短时间内(30 s)超声波对流动液体中的夹杂物具有明显的去除效果,总去除率达93%．夹杂物的总去除率随着超声波输入电功率的增大而提高:超声波对较多数量或较大粒径的夹杂物去除效果更显著,超声波作用下流动液体中的夹杂物比静止液体中的更容易去除,超声波对流动液体中夹杂物去除效果的去除机理主要是通过气泡捕获夹杂物、超声空化效应产生直接包裹夹杂物的气泡以及通过夹杂物碰撞凝聚使夹杂物容易上浮实现去除。

钢中夹杂物去除技术的进展

钢中夹杂物去除的主要环节为夹杂物的长大、上浮和分离。钢中夹杂物去除技术的主要进展有:气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙和RH-NK-RERM法;电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动;渣洗技术;过滤器技术。文中分析了各种夹杂物去除技术的冶金功能,将不同夹杂物去除技术进行合理组合,实现多功能精炼,可取得最佳冶金效果。

气幕挡墙中间包夹杂物去除的水模型研究

以连铸1500mm×250mm板坯的中间包为原型,几何相似比1/3,采用自制多孔透气砖进行中间包底吹气的水模型试验。结果表明,气幕挡墙中间包中,夹杂物通过斯托克斯机理上浮,气泡吸附和钢液上扬流动而上浮去除;当吹气量≥0.08m^3/h,距入口中心533～800mm处形成有效的气幕挡墙,显著改善钢液流动性,夹杂物去除率由不吹气的44.86%增加至72.86%,并改善小颗粒夹杂物的去除。工业试验表明,采用气幕挡墙,使T[O]降低12%以上。

超声搅拌和气体搅拌去除夹杂物

通过水模型实验,对同一容器内相同比搅拌功率条件下,超声搅拌和气体搅拌对去除夹杂物的影响进行了对比研究。结果表明:超声搅拌的空化作用可产生的大量小气泡增大了吸附面积,延长了气泡的上浮时间,有利于夹杂物的去除,可以充分发挥容器器壁粘附夹杂物的作用,保护液体不受外界污染;气体搅拌时,夹杂物去除速率快、效率高。两种搅拌方式去除夹杂物的效率均随比搅拌功率的提高而增大,但比搅拌功率对气体搅拌的影响更加显著。

超声波对流动液体中夹杂物去除效果的实验研究

针对利用超声波去除流动液体中夹杂物的效果进行了实验研究·分别以高密度聚乙烯和普通水、高密度聚乙烯和脱气软化水的超声分离作为研究体系 ,探索了超声波输入电功率、液体流量对夹杂物总去除率、上浮去除率以及粘附去除率的影响·实验结果表明 ,超声波对不同含气量液体中夹杂物去除均有明显的效果 ,但是机理不同 ,尚需进一步研究·

六流大方坯中间包内钢液流动、传热及夹杂物去除的数理模拟研究

通过数理模拟研究了六流大方坯连铸中间包内钢液的流动、传热和夹杂物的运动,并以此优化出最佳控流装置.在非等温条件下,中间包内流体和夹杂物的运动由于受浮力的作用,表现出向上运动的趋势;同时,还利用数理模拟的方法定量地研究了夹杂物的去除.大生产结果表明,采用推荐的中间包控流装置,中间包内排除夹杂物的效果显著,重轨钢的总氧量小于20×10-4%.

吹氩板坯连铸结晶器内夹杂物去除的数值模拟

针对吹氩板坯连铸结晶器内非金属夹杂物去除问题,采用准单相模型和离散相模型描述了水-空气-夹杂模拟物体系和钢液-氩气-夹杂物体系的粒子行为和去除效率.结果表明,吹氩有利于夹杂物上浮去除,同一气量(6.0L/min)下夹杂物在拉速1.3m/min时去除率最低.同一拉速(1.2m/min)下存在临界气量9.0L/min,小于临界气量,吹氩可增加夹杂物上浮率,减小进入铸坯率;大于临界气量,夹杂物上浮率减少,进入铸坯率增大.准单相模型和离散相模型能较好地模拟夹杂物在气液两相中的运动和去除.

超声处理对钢液中夹杂物去除和细化的实验室研究

研究了超声波处理去除钢液中夹杂物的可能性,以及超声波对钢中夹杂物细化的影响。实验结果表明,超声波单独处理可以去除钢液中Al_2O_3夹杂物,但去除率较低,在5%～12%之间,同时超声波对夹杂物产生细化效果,夹杂物平均直径减小,尺寸较小的夹杂物数量有所增加。

气泡尾流去除钢液中夹杂物机理的水模型研究

采用水模型和高速摄像机研究了气泡尾流去除夹杂物的过程,分析了气泡尾流去除夹杂物的规律和气泡大小及夹杂物的尺寸和浓度对气泡尾流去夹杂的影响。结果表明,气泡尾流有利于促进夹杂物上浮;气泡尾流中存在尾流边界区和上升区;尾流去除夹杂物的过程分为3个子过程:(1)夹杂物靠近和进入气泡尾流边界区产生扰动;(2)进入气泡尾流上升区和(3)夹杂物继续上升或脱离气泡尾流上升区;气泡直径D_b和粒子浓度C_p增大有利于尾流去夹杂;粒子直径D_p越小越容易被尾流去除。

中间包控流装置对夹杂物去除影响的数值模拟

依据某钢厂大方坯连铸机六流中间包工艺参数,采用数值模拟方法分别对原有控流装置和改进方案中间包非等温条件下,钢液中夹杂物运动轨迹和去除率进行研究.通过模拟结果对比分析发现:改进的控流装置能较大程度改善中间包流场形态,中间包内夹杂物去除率显著提高.研究结果已付诸实际应用,使用效果良好.

连铸中间包内夹杂物去除的水模拟试验与工业实践

通过中间包水模型试验和工业试验,研究了U型挡墙中间包和Y型挡墙中间包对夹杂物去除的影响。结果表明:Y型挡墙中间包能提高夹杂物的去除率。与U型挡墙中间包相比,从中间包到铸坯过程钢中平均总氧去除率显著提高,铸坯中大型夹杂物含量显著减少,而显微夹杂数目变化不大;同时Y型挡墙中间包内各流夹杂物分布较均匀。使用U型挡墙中间包时,中间包到铸坯过程吸氮较少。

钢液精炼和连铸过程中物理去除夹杂物现状及展望

在钢液精炼过程中,夹杂物的去除工作是至关重要的。现阶段,常用的夹杂物去除工艺主要为:磁搅拌和钢包氩气底吹;RH及RH侧底复吹;中包-流速控制装置、气幕挡墙和磁感加热;结晶磁搅拌与磁制动和水口氩气底吹。文章中笔者综述了钢液精炼过程中去除夹杂物的方法及其原理,并探讨了影响夹杂物去除的相关要素,旨在为创新钢液精炼过程中夹杂物的清除方法提供相关的理论依据以及参考。

单流中间包结构优化及夹杂物去除数值模拟研究

针对单流中间包连铸过程中流动状态不佳、钢液夹杂物含量较高等问题,提出了中间包控流装置的优化方案,采用数值模拟和水模试验研究了不同控流装置情况下中间包钢液流动行为及平均停留时间分布等特征。结果表明,最佳控流装置参数:堰距长水口距离1090 mm,堰高度180 mm,坝堰间距260 mm,高坝高度340 mm时中间包钢液流场优化及夹杂物去除效果最佳。对比原方案中间包,优化后中间包钢液平均停留时间和活塞区均有所增加,死区降低7.14%;夹杂物平均去除率达到68.7%,较原方案平均去除率提高6.6%。

钢液精炼和连铸过程中物理去除夹杂物现状及展望

夹杂物去除是钢液精炼的重要任务之一。目前与去除夹杂物相关的工艺方法主要有:钢包-电磁搅拌和钢包底吹氩;RH及RH侧底复吹;中间包-控流装置、气幕挡墙和通道电磁感应加热;结晶器电磁搅拌与电磁制动和水口吹氩。本文总结了钢水精炼中各个反应器去除夹杂物的方法和机理,并分析了影响夹杂物去除效率的主要因素,为钢水二次精炼的夹杂物去除工艺优化提供理论依据和参考。

100t钢包底吹氩搅拌钢液去除夹杂物数值模拟研究

喷吹气体对钢包中钢液搅拌以及夹杂物去除发挥着重要作用。通过建立100t钢包底吹氩模型,针对不同流量下喷吹氩气对钢液搅拌和夹杂物去除效果进行模拟研究。该项研究提取了钢包内钢液速度、弱搅拌区面积以及不同条件下夹杂物颗粒数量和去除率等方面的数据。结果表明,底吹流量由60 NL/min增大到180 NL/min时,去除率从24.1%增加到34.9%,底吹流量对改善钢液搅拌效果和去除夹杂物颗粒效率具有明显的促进作用,钢液搅拌更有利于带动小尺寸夹杂物的去除。

中间包内型结构对夹杂物去除的研究与运用

通过水力学模型研究中间包内型及控流装置对中间包内流体流动的影响,将优化后的中间包内型控流装置及结构尺寸运用于实际生产。结果表明：在原有中包结构基础上,在距离包底70 mm,包壁210 mm的挡坝上开导流孔,在长水口下方加上70 mm的冲击板,能有效减少中包死区体积,增加活塞区体积。中间包夹杂物数量由7.75 mg/10 kg降为5.46 mg/10 kg;夹渣降级指数由0.35%降到0.23%。