MATHEMATICAL AND PHYSICAL MODELING OF INTERFACIALPHENOMENA IN CONTINOUS CASTING MOULD WITH ARGONINJECTION THROUGH SUBMERGED ENTRV NOZZLE

The study on the fluid flow, meniscus oscillation, slag entrapment in continuous casting mould was conducted mathematically and experimentally. The results show that the injection of argon into submerged nozzle enhances the meniscus oscillation, thus increases the probability of slag entrapment, and the critical argon blowing flow rate, which will give rise to slag entrapment, is around 10l/min. The trajectory of bubble is affected by the bubble diameter and the molten steel flow, and the bubble diameter is dominant. The bubble with diameter 1.4mm floats fastest with 0.47m/s terminal velocity.

Fluid Flow and Interfacial Phenomenon of Slag and Metal in Continuous Casting Tundish With Argon Blowing

The fluid flow and the interfacial phenomenon of slag and metal in tundish with gas blowing were studied with mathematical and physical modeling, and the effects of gas flowrate, the placement of porous beam for the generation of bubbles, and the combination of flow control devices on the flow and slag-metal interface were investigated. The results show that the position of gas bubbling has a significant effect on the flow in tundish, and the placement of porous beam and gas flowrate are the two main factors affecting the entrapment of slag in tundish. The closer the porous beam to the weir, the more reasonable is the flow, which is in favor of the control of slag entrapment in tundish.

宽板坯连铸结晶器内卷渣现象试验研究

结合宽板坯连铸结晶器的4种断面尺寸,采用1∶1水模型进行试验,研究了浸入式水口吹气量、水口浸入深度、水口吐出孔数、水口底部形状、拉速和结晶器断面宽度等工艺参数对结晶器内流体流动行为的影响情况,观察到结晶器内水口周围有旋涡卷渣和液面扰动卷渣,断面1/4区域是液面扰动卷渣,窄面区域有"类旋涡"卷渣和剪切卷渣。结果表明,结晶器内的卷渣与各种工艺参数是相关的,对工艺参数进行优化,就可减少卷渣的发生。

板坯连铸机结晶器钢液卷渣的水模型研究

针对安钢超低头板坯连铸机结晶器液面卷渣现象 ,用 0 6∶1 0水模型 ,研究了水口浸入深度 30mm、6 0mm和 110mm时 ,铸坯拉速 1 0～ 0 7m min、水流量 2 6 2 4～ 18 4m3 min范围内水口浸入深度、拉速对结晶器内钢液卷渣程度的影响。提出卷渣指数J =V·h (t·H) ,式中V 拉速 ;h 1 10大波值 ;t 开始卷渣时间 ;H 水口浸入深度。结果得出 ,为防止安钢板坯结晶器液面卷渣 ,当水口浸入深度为 110mm时 ,拉速应≤0 90m min ;浸入深度 6 0mm时 ,拉速应≤ 0 85m min ;J应 <1 37× 10 - 2 mm s2 。

连铸结晶器内偏流及漩涡卷渣的实验研究

连铸结晶器内的偏流和漩涡卷渣行为严重影响连铸坯的质量,因此建立了一套直弧型结晶器系统,研究了偏流和漩涡卷渣的运动规律.结果发现:偏流是由于流场自身的不稳定造成的,是时刻变化的;偏流发生在二冷区弯曲段附近.即使保证水口对中放置,结晶器上表面漩涡依然存在,多数情况下只有单个漩涡出现,其位置和大小是瞬变的.对称涡出现的机率较小,尺寸和强度较小,持续时间较短.同时考察了拉速、水口插入深度、滑动水口开度和中间包液位高度对偏流及其周期和漩涡卷渣的影响.

板坯连铸结晶器内保护渣模拟方法的研究

以重钢板坯连铸结晶器为研究对象,用不同液面的保护渣模拟材料进行实验,并观察生产中保护渣的覆盖情况,得到了水模试验中合理的保护渣液面模拟方法。据此研究了结晶器内液面波动与保护渣覆盖状况的关系。研究结果表明,在生产中结晶器内液面波动控制在3～7mm范围内保护渣的覆盖效果较好。

吹氩宽厚板坯连铸结晶器内液面波动行为的水模型研究

基于相似理论,利用物理模拟研究了吹氩条件下宽厚板坯结晶器内的液面波动行为,考察了吹气量、水口侧孔倾角及水口浸入深度对结晶器内液面波动行为的影响.结果表明,结晶器吹氩后,各气量下液面平均波高均增加了1.2倍以上;结晶器内液面平均波高随吹气量的增加先增大后减小;随水口侧孔倾角及浸入深度的增大,液面平均波高均先减小后增大.从实验条件下得到的控制液面波动的最佳工艺参数为4L/min的吹气量,-15o的水口侧孔倾角,140mm的水口浸入深度.

结晶器钢液卷渣指数的讨论

提出并讨论了卷渣指数的概念,指出其在板坯连铸中的应用。根据安钢板坯连铸结晶器的条件,通过水模试验研究了影响钢液卷渣程度的诸因素,这些研究结果可用于选择适宜的工艺参数,改进产品质量,降低生产成本。

不同拉速条件下FTSC结晶器内钢液流动行为的物理模拟研究

通过物理模拟研究FTSC结晶器内的钢液流动行为,考察了拉速对结晶器内液面波动、液面裸露、卷渣及夹杂物去除的影响作用。实验结果表明:在本实验条件下,使用4孔水口浇注会在FTSC结晶器内水口一侧形成4个明显的回流区。随着拉速的增加,结晶器内液面波动逐渐加剧,出现液面裸露及卷渣的几率逐渐增大,夹杂物的去除率逐渐减小。

钢包浇注过程中自由表面旋涡流动行为的物理模拟研究

连铸钢包浇注末期出现的旋涡卷渣现象对连铸钢水质量产生了重要的影响,为了有效控制生产中的旋涡卷渣现象,有必要对钢包浇注末期旋涡的产生机理开展详细研究。依据相似原理,构建了相似比为1:6的钢包物理模型,对钢包浇注过程中旋涡产生及卷渣过程进行研究,研究了初始液面高度、出水口尺寸与布置位置、出水口结构等因素对旋涡形成规律的影响。经研究得知:旋涡形成过程与初始液面高度无关;钢包出水口尺寸和布置位置对于旋涡形成过程影响显著。当偏心率小于1,2时,随着出水口直径的增大,旋涡临界高度逐渐降低;反之,当偏心率大于1/2时,随着出口直径增加,临界起旋高度增加。对于同一尺寸出口而言,随着偏心率的增加,旋涡临界高度逐渐降低,而且当偏心率大于1/2后临界高度显著降低。通过改变出水口内部结构可以有效降低旋涡临界高度。提出的三片挡块式出水口结构,可以显著降低钢包浇注末期的旋涡临界高度,降低高度达50%左右。

板坯连铸结晶器内渣滴卷入行为研究

采用水力学物理模拟的方法，通过统计卷渣发生频率的半定量化方式研究了拉速、水VI插入深度和吹气量对结晶器内剪切卷渣、吹气卷渣以及漩涡卷渣等三种卷渣方式的影响规律，分析了各种卷渣方式产生的位置和条件，并观测了每种卷渣方式下卷人渣滴的冲击深度。结果表明，剪切卷渣是高拉速条件下的主要卷渣方式，受拉速影响最大；吹气卷渣发生在大吹气量低拉速的工况条件下，是由大气泡上浮导致，卷入渣滴的冲击深度较浅，容易上浮；漩涡卷渣的产生主要是由非对称流引起，与工况条件关系不大，卷入渣滴的冲击深度很深，难以上浮。此外，本文还探讨了渣滴冲击深度与水口插入深度之间的关系，并提出了减少卷渣的措施。

连铸结晶器内卷渣模拟方法研究

以重钢板坯连铸结晶器为研究对象，选用不同液面保护渣模拟材料进行实验，并结合实际生产结晶器内保护渣覆盖状况观察结果，得出水模实验过程中合理的液面保护渣模拟方法；在此基础上建立起结晶器内液面波动大小与保护渣覆盖状态的关系，结果表明在实际操作中结晶器内液面波动在3—7mm范围内，可得到比较理想的保护渣覆盖效果。

板坯连铸结晶器内液面波动及卷渣行为物理模拟

为了控制230 mm×1820 mm板坯连铸结晶器内液面波动和卷渣过程,通过物理模拟试验分别研究了SEN水口插入深度、拉速、吹气流量等参数变化对结晶器内液面波动和油相运动的影响。结果表明,增加SEN水口插入深度时,从水口侧孔流出的射流冲击深度增加,对自由液面处的扰动减小,有利于控制液面波动和卷渣过程,对比可知,结晶器宽面1/4位置处液面波动相对剧烈,容易引起卷渣。增大拉速时,提高了上回流的流动强度,使得结晶器内液面波动增大,卷渣现象变得严重,当水口插入深度为130 mm和150 mm时,液面波动在±3 mm内百分比降低幅度分别为1.2%~6.2%、-2.0%~11.5%。吹气流量的增加使得流股的冲击深度减小,受到上回流的剪切作用和气泡逸出的影响,结晶器内液面波动增大,油相的裸露区域范围逐渐扩大。综合考虑液面波动的变化和卷渣过程,合适的水口插入深度和吹气流量应分别保持为150 mm、6 L/min。

适合漏斗型薄板坯连铸结晶器三孔水口的水模型优化

采用1∶1的水模型研究了5种不同底孔直径(16～28mm)的三孔水口下漏斗型薄板坯结晶器内的流场、液面特征和卷渣行为。结果表明:在常规工艺参数下,5种三孔水口下结晶器内钢液的流场都是典型的"双辊流",且流场稳定;在5种三孔水口下结晶器液面波动都较平稳,且波动范围都在±(3～5)mm之间。5种不同水口下结晶器液面主要发生剪切卷渣,漩涡卷渣很少发生。试验得知:在水口浸入深度280mm,拉速为5m/min时,剪切卷渣发生的钢液临界表面速度是0.32m/s,与文献报道的模型计算值较吻合。在水口浸入深度280mm、拉速为5m/min的条件下,适合薄板坯连铸的最佳的三孔水口的底孔直径为22mm。

薄板坯连铸结晶器内涡流及卷渣行为的研究

利用1/4水模型对薄板坯连铸结晶器内的涡流及卷渣行为进行观察研究。在实验中考察了水口形状、水口浸入深度和浇铸速度等对漩涡及卷渣行为的影响,并考察了偏流以及在水口与结晶器宽面之间加翼片,阻止结晶器表面流股相互流动的漩涡(卷渣)现象。

连铸结晶器内液面波动及卷渣行为的物理模型研究

根据相似原理建立连铸结晶器的物理模型。分别用煤油、真空泵油、液体石蜡模拟连铸结晶器保护渣,并通过改变拉速和水口插入深度,模拟连铸结晶器内液面波动及卷渣行为,确定卷渣发生的主要位置。

连铸结晶器内液面波动研究

根据相似理论,建立物理模型来测量结晶器内液面波动及渣金界面发生卷渣时的临界拉速。通过傅立叶变换和谱分析理论,分析结晶器液面波动对卷渣的影响,确定对卷渣产生主要影响的波动频率范围。

方坯连铸结晶器内表面流速与卷渣行为模拟

针对中小断面方坯侧分水口浇铸技术,以实际180 mm×240 mm断面方坯连铸结晶器为原型,基于相似原理,采用1:1的物理模型,比较了直通型和侧分旋流型水口浇注时在不同拉速和浸入深度下的结晶器内自由表面流速和渣层状态。结果表明:相同的浸入深度和拉速下,旋流型水口浇注时结晶器内各测点表面流速比直通型水口大;在实验条件下,直通型水口表面流速为0.010~0.023 m/s,旋流型水口为0.010~0.055 m/s,拉速和浸入深度对旋流型水口表面流速的影响较直通型水口显著;此外,采用旋流水口时结晶器的渣层波动要比采用直通型水口时频繁,拉速1.0 m/min、浸入深度120 mm时,其渣层波动适宜,钢渣界面活跃且无卷渣和裸钢现象发生,此时两测点的表面流速分别为0.028和0.032 m/s,是较适宜的工艺条件。

浸入式水口结构对板坯结晶器液面波动的影响

以1∶2. 3的几何相似比,建立了断面230 mm×1 930 mm板坯结晶器的钢液流动物理模型,研究不同的浸入式水口对结晶器流体流动和液面波动的影响,并进行了工业试验,测定了实际结晶器钢液面的波动。结果表明,凸底特别是较高凸底的浸入式水口容易在板坯结晶器两侧产生明显的不对称流动,结晶器两侧交替出现明显的液面凹陷,使得液面各点的波动差别大,且随浸入式水口浸入深度的增加液面波动不降低,在结晶器宽面1/4附近区域的液面波动比其它区域大。凹底的浸入式水口能够减轻结晶器两侧的不对称流动,从而避免液面凹陷的发生,液面各点的波动差别减小,液面波动随浸入式水口的浸入深度增加而下降。工业试验中优化的浸入式水口的结晶器液面波动的平均波高、最大波峰和最大波谷比原浸入式水口分别降低21. 70%,30. 70%和29. 18%。

1600mm×230mm板坯结晶器流场及液面波动水模拟研究

以某厂1 600 mm×230 mm的板坯结晶器为研究对象,利用相似原理,建立1:2的物理模型,采用波高检测、粒子示踪等方法,研究了不同水口底部形状、浸入深度以及拉速对结晶器流场和液面波动的影响。试验结果表明:采用凸底浸入式水口,拉速为1.1 m/min,浸入深度为220 mm或260 mm时,结晶器液面波动幅度和注流冲击深度较低,无卷渣现象发生。