异型坯结晶器流场的数值模拟

利用CFX4计算流体软件对异型坯结晶器内流场进行了数值计算,初步揭示了钢水在异型坯结晶器复杂形状熔池内的流动规律。经过数学模型计算发现:对异型坯结晶器流场影响较大的因素是水口开孔夹角,而水口开孔倾角的影响较小。在异型坯结晶器内,夹角为120°的浸入水口所对应的流场比夹角为100°的合理。

异型坯连铸结晶器内流场

经过数模和水模研究得到：影响异型坯结晶器内流场，结晶器腹板处上、下回流区的大小及结晶器液面波动的因素有：水口开孔的夹角、水口的出口倾角、铸坯拉速及水口浸入深度．在工作拉速时，采用120°夹角、出口倾角为9°、浸入深度为75mm（换算到原型为150mm）的水口，结晶器内的流体的流动状态较为合理．

连铸异型坯结晶器铜板冷却水缝优化设计

建立了异型坯结晶器铜板二维传热模型,应用有限元软件进行求解,分析了不同水缝设计方式下铜板热行为,重点考察了结晶器铜板热面温度峰值和温度均匀性。结果表明:原异型坯结晶器铜板温度峰值为339.6℃,位于R角处,结晶器铜板翼稍两侧均出现温度低谷。增加R角水孔内限流杆直径或将R角限流杆由光滑杆改成螺旋杆均可明显降低铜板温度峰值和温度梯度。此外,在R角增加小孔或将R角小孔改成大孔也可强化R处传热,提高铜板温度均匀性。然而,改善铜板传热效果的最佳办法是重新设计水缝,非均匀分布的等径小孔和非均匀分布的环形水缝加小孔两种水缝设计可有效提高铜板使用寿命、改善铸坯质量,在现场试验效果良好。

异型坯连铸结晶器内流动与凝固耦合数值模拟研究

针对马钢异型坯结晶器内的传输现象,建立了相应的数学模型。利用有限元软件ANSYS研究了异型坯结晶器内钢水流动规律,并耦合计算了钢水的凝固过程,其中凝固潜热的处理采用了等效比热法。计算结果和现场规律吻合,为现场工艺优化提供很好的参考作用。

异型坯结晶器水力学模型实验研究

通过水力学模型实验,在不同水口结构和不同工艺参数的条件下对异型坯进行结晶器流场对比。结果表明水口出口夹角120°的流场较为合理。

近终形异型坯连铸结晶器制造技术研究

《近终形异型坯结晶器制造技术国产化研究》是国家技术创新项目(国经贸技术[2002]566号)《近终形异型坯连铸工艺技术研究》的一个子课题。通过研究开发,我们掌握了异型坯连铸结晶器制造的关键技术,通过对加工工艺的优化和创新,以及对宽面铜板的腹面锥度和冷却孔位置分布等进行的创新,优化了结晶器的内腔形状和冷却结构,采用了结晶器表面梯度镀层等关键技术,减少了结晶器铜板基体的损耗,提高了结晶器的使用寿命,降低了结晶器的漏钢率和连铸坯的轧后废品率,取代了进口同类产品,完全满足了异型坯连铸生产线的需要。

异形坯结晶器的物理模型

针对马钢异型坯结晶器特点,在不同水口参数和工艺条件下,建立了相应的物理模型。对结晶器内流场分布及液位波动进行研究,提出了优化工艺参数,为实际生产提供了依据。

异型坯连铸结晶器水口优化的水模研究

采用水力学试验的方法,对异型坯结晶器内的流场进行研究。针对异型坯的特点,试验过程中设计了三种形状的水口,分析不同水口结构尺寸、插入深度等参数对流场的影响,确定了合理的水口参数。

异型坯连铸双浸入式水口浇铸技术模拟研究及工业实践

通过数学物理模拟以及工业应用实践,研究了异型坯结晶器内单、双浸入式水口浇铸时流场特征及实际冶金效果,优化了双浸入式水口的设计参数。模拟研究结果表明,双浸入式水口浇铸有利于异型坯结晶器内流场的均匀性和对称性,避免了单水口浇铸时局部区域流体流动强烈现象,改善结晶器液面的稳定性和波动均匀性;双浸入式水口最优设计参数为底孔直径23 mm、腹向侧孔直径14 mm、翼向侧孔直径10 mm、侧孔倾角6°。工业实践表明,异型坯连铸双浸入式水口浇铸技术使结晶器内流场分布更合理,液渣层分布更均匀,结晶器粘结漏钢发生率下降32.8%,废品率降低20%,平均连浇炉数增加近3倍,提高了连铸生产效率。