475 mm特厚板坯连铸结晶器浸入式水口优化数值模拟研究

特厚板坯连铸技术主要应用于特种装备制造领域,市场需求量较大。浸入式水口的结构是决定结晶器中流场流动行为的关键因素。本研究通过建立三维数值模型,研究浸入式水口侧孔倾角对475 mm特厚板坯结晶器内流场流动行为、温度场和凝固坯壳分布的影响。结果表明,水口侧孔倾角对钢液流动行为影响显著:当侧孔倾角由-20°调整至-10°时,射流冲击深度由660 mm减小至545 mm,结晶器自由液面平均温度升高4 K;此外,侧孔倾角的减小使凝固坯壳尤其是窄面坯壳厚度增加6 mm。综合考虑,当水口侧孔倾角为-10°时,结晶器性能最佳,此时的液面流动较活跃,结晶器保护渣和液面之间的传热性良好,出口处的壳体厚度均匀,足以满足生产需要,可有效避免漏钢现象发生。

优碳钢板坯表面纵裂纹的形成与控制

福建三钢闽光股份有限公司炼钢厂板坯连铸生产的优碳钢铸坯因表面纵裂纹造成铸坯非计划落地修磨及轧材报废等情况时有发生,经过对连铸工序生产工艺的对比分析发现,导致铸坯表面纵裂纹主要与钢水的成分及温度、浇注过程的冷却强度、保护渣性能、拉速的稳定性及浸入式水口插入深度等因素有关。通过控制钢水中[S]含量小于0.015%、钢水到站温度控制在14℃~28℃范围内、稳定生产节奏控制250断面拉速在0.75~0.80m/min之间、优化浇注过程的冷却强度、跟踪保护渣使用效果等措施,优碳钢铸坯表面纵裂纹发生率得到明显改善,纵裂纹率由原来的0.23%降到现在的0.08%。

薄板坯连铸结晶器内钢液流场电磁制动的模拟研究

采用模型实验结合数值模拟的方法分析了薄板坯连铸结晶器的电磁制动过程．在模型实验中，测量了磁感应强度和工质锡液速度场．在数学模型中，使用低Reynolds数湍流模型封闭动量方程结果表明：电磁制动能够有效地控制结晶器内流场．随着磁感应强度的增加，射流强度逐渐减弱直至在中途被堵截转向同时，包括液面在内的整个结晶器内流场速度逐渐降低．在采用带形磁场制动的情况下，结晶器内液态金属的感应电流呈现为大范围的涡流分布．

CSP结晶器内钢液流动及凝固的数值模拟

应用数值模拟方法,建立CSP漏斗型结晶器内钢液流动及凝固传热耦合模型。针对结晶器内铸坯角部受到强冷的特点,对结晶器内热流密度采用修正方程进行计算,分析热流密度修正系数对铸坯凝固坯壳表面温度计算精度的影响。通过比较不同拉坯速率下结晶器内钢液凝固的特点,研究凝固坯壳对结晶器内钢液流动行为的影响。结果表明,采用热流密度修正系数后,铸坯凝固坯壳角部温度的计算值与实际情况更相符;提高拉坯速率可使铸坯凝固坯壳厚度减小;拉坯速率较大时凝固坯壳厚度随铸坯距弯月面距离的增大基本呈线性增长,拉坯速率为3m/min时,凝固坯壳在生长过程中厚度的增长有短暂的停滞现象;凝固坯壳对钢液流动的影响较大,主要是由钢液有效流动区域减少及两相区额外动量阻损造成的。

板坯结晶器钢液流动电磁控制技术

板坯结晶器内钢液流动会影响铸坯的质量,控制和优化结晶器内钢液流动对于提高铸坯质量具有重要意义。电磁控制技术已经成为控制和优化结晶器内钢液流动的重要技术。论述了结晶器内钢液流动对铸坯质量的影响,并介绍了结晶器内钢液流动的电磁场控制技术和特点,以及在钢厂的应用。

攀钢连铸机结晶器冷却能力的研究

通过测定结晶器中钢液凝固坯壳厚度，研究了结晶器中钢液凝固系数变化情况。结合对漏钢时坯壳的解剖分析，评价了现有铸机结晶器的综合冷却能力，为铸机高拉速生产提供了重要依据。

方坯结晶器角部钢液初始凝固行为及其影响因素的数值模拟分析

针对方坯结晶器内角部区域钢液的初始凝固行为,建立耦合方坯、保护渣和结晶器铜板的传热数学模型,研究结晶器圆角半径、角部铜板厚度及冷却水量对铸坯角部温度分布及凝固坯壳厚度的影响。结果表明,增大结晶器圆角半径、增加角部铜板厚度或降低结晶器内冷却水量,均可一定程度上改善初始凝固区域铸坯凝固坯壳厚度的周向均匀性,提升铸坯质量;其中,增大结晶器圆角半径的影响效果最为显著。

板坯连铸结晶器吹氩工艺参数优化

采用流体体积(VOF)方法和拉格朗日离散模型建立了反映230mm×1100mm板坯连铸结晶器吹氩过程中钢液、熔渣和氩气气泡流动行为的数学模型,通过数值模拟方法研究吹氩量、拉坯速度和水口浸入深度等工艺参数对结晶器内钢/渣界面行为特征的影响规律。结果表明,吹氩会明显加剧水口附近的钢/渣界面波动,选择合适的拉坯速度能有效降低该处的界面波动幅度,同时吹氩有利于减缓结晶器弯月面处的液面波动,可在一定程度上达到稳定钢/渣界面的目的。从16种工艺配置方案中优化出该结晶器的最佳吹氩工艺参数为:拉坯速度1.2m/min,吹氩量9L/min,水口浸入深度120mm。

电磁连铸过程FTSR结晶器多相传输行为的研究

为研究薄板坯连铸全幅一段电磁制动冶金效果,以漏斗形FTSR结晶器为研究对象,利用建立的三维多场数学模型,模拟全幅一段电磁制动作用下电磁参数变化对FTSR结晶器钢液流动、传热凝固及夹杂物迁移行为的影响。结果表明,施加全幅一段电磁制动后,结晶器内钢液温度分布的均匀性提高,钢液流股对熔池的穿透深度减小,这不仅利于下回流钢液夹带的夹杂物上浮去除,还促使上回流钢液将热量输送到弯月面区,避免弯月面处熔渣凝固而形成渣圈。此外,通过适当增加磁感应强度,可降低钢液表面流速,控制上吐出孔处液面波动。当磁感应强度达到0.3 T时,钢液表面最大流速降低至0.27 m/s,上吐出孔处液面峰值降低至7.3 mm。

立式组合电磁制动对CSP结晶器内钢液流动及偏流控制

紧凑型带钢(CSP)薄板坯连铸结晶器在浸入式水口下方设置水平式的全幅一段电磁制动器(Ruler-EMBr),在进一步提高薄板坯连铸拉坯速度的情况下,不能有效控制CSP结晶器自由表面的钢液流速和液面的稳定性。为此提出一种新型的立式组合电磁制动(VC-EMBr)技术,并利用商业软件ANSYS FLUENT数值模拟研究了全幅一段电磁制动和立式组合电磁制动作用下CSP结晶器内钢液流动和浸入式水口结瘤造成结晶器内钢液偏流的控制效果。研究结果表明,立式组合电磁制动在CSP结晶器宽面形成总体呈"凹"型分布的稳态磁场,在保持全幅一段电磁制动水平磁极电磁特征和对结晶器内下返流流动和偏流的有效控制作用的前提下,同时在结晶器窄面的水口出流钢液冲击区和弯月面波动区域形成磁感应强度达0.26 T的立式稳态磁场,可有效控制结晶器窄面区域上返流流动,降低钢液自由表面的流速;采用立式组合电磁制动,使CSP结晶器内钢液自由表面的流速控制在合理范围之内,结晶器整个自由液面的流速分布更加均匀。VC-EMBr克服了全幅一段电磁制动装置对CSP结晶器上返流和自由液面流速控制不足的弊端,为进一步提高薄板坯连铸的拉坯速度提供新的技术措施。