基于水力学模拟试验的3流连铸20t中间包结构优化研究

采用几何相似比1：2.5的水模型试验研究了带有一字型挡墙,矩形导流孔,水平无倾角的原型中间包以及V形挡墙,倾角0°~40°中80~中120 mm圆形导流孔,并加抑制器的改进结构的流场,得出V字型挡墙＋30°倾角和直径Φ80 mm导流孔＋深盘带唇缘型湍流抑制器的改进中间包结构最优,可延长钢液在中间包内的停留时间,死区体积从原中间包的48.16%~63.06%降至1 0.3%~10.9%,有利于夹杂物的快速上浮。

带过滤器63t中间包钢液流场的物理和数学模拟

通过采用几何相似比0.29:1的水模型和数学模型分别对(a)湍流抑制器和挡墙+坝(原结构),(b)湍流抑制器,挡墙+坝和过滤器,以及(c)湍流抑制器,挡墙和过滤器3种结构两流板坯连铸中间包钢液流场、温度场和夹杂物运动轨迹进行模拟研究。结果表明,原中间包结构(a)活塞区体积偏小,死区体积偏大;加入通道式钢液过滤器(b)后短路流基本消失,中间包死区减小6.83%,钢液的平均停留时间由287.04 s延长至373.76 s,有利于夹杂物的上浮去除,且过滤器的加入对钢液的温降影响不大;用钢液过滤器代替挡坝(c)后优化效果最为明显,中间包钢液平均停留时间由287.04 s延长至404.26 s,峰值时间由原来的95,4 s延长至190.8 s,死区体积由36.10%减小至8.76%。

异型坯连铸长水口浸入深度对36t中间包流场和温度场的影响

通过建立的中间包钢液流动传热三维耦合数学模型,采用FLUENT软件模拟研究了H-型钢用三流异型坯连铸长水口浸入深度（100~200 mm）对36 t中间包Q235B钢水（0.12%~0.20%C）流场和温度场的影响。结果表明,随长水口浸入深度的增加,中间包内钢水自由液面波动有减少趋势;中间包各流出口钢水平均停留时间差和各流钢水出口温度差显著增大;该中间包异型坯连铸过程合适的长水口浸入深度约为125 mm。

板坯连铸双流73t中间包控流装置优化的水模型研究

根据相似原理采用1:3水模型研究了238 mm×1 500 mm板坯双流连铸73 t中间包不同控流装置对流场的影响,以便得出最佳控流组合及优化的挡墙位置和高度。结果表明,采用双层湍流抑制器和下挡墙配合使用是双流中间包控流的较优组合,当下挡墙位置在模型中距长水口685 mm,高度为152 mm时,平均停留时间相对原型中间包延长了53.5 s,死区比例由27.9%减小到13.1%,较好地改善了中间包内流体的流动形态,有利于均匀钢液温度和夹杂物上浮去除。

60t中间包内钢水温度预测模型

根据800炉(300 t钢包)样本的多元回归分析,建立了60 t中间包内钢水温度-T中间包/℃的预测模型:T中间包=-66.749 9+1.031 96T-0.768 24x1-0.007 50x2+0.232 53t-0.606 24t2-9.391 24×10-6t3。式中:T-钢包到达回转台时钢水温度/℃;x1-钢包浇铸前搁置时间/min;x2-中间包烘烤时间/min;t-钢包钢水浇铸时间/min。对中间包内预测温度统计分析结果表明,中间包钢水预测温度与实测温度之间的误差小于±5℃。

两流板坯连铸58 t中间包过滤器的水模型试验和应用

通过几何相似比0.29:1的水模型试验了湍流抑制器+挡墙+挡坝和湍流抑制器+挡墙+过滤器两种控流装置的钢液流动,研究了通道式过滤器对58 t中间包钢液流场的影响。结果表明,原中间包(湍流抑制器+挡墙+挡坝)活塞区体积小,死区体积高达29.53%,优化中间包加入过滤器后(湍流抑制器+挡墙+过滤器)短路流基本消失,钢液的实际平均停留时间延长,死区体积由29.53%减小至13.52%。50 t中间包,230 mm×1 100 mm连铸板坯,拉速1.25~1.30 m/min工业生产结果表明,使用过滤器后,中间包浇注区的夹杂物尺寸明显小于冲击区,中间包浇注区T[0]由原86×10^(-6)降至30×10^(-6),连铸坯大多数夹杂物尺寸≤10μm,没有发现≥30μm夹杂物。

特殊非对称型12流35t中间包的水模拟试验和控流装置的优化

通过几何相似比1:3的水模型试验分析了钢厂特殊非对称型12流200 mm×285 mm铸坯的35 t中间包的结构特点,得出原中间包不对称度较大,结构不合理,整体混匀效果和各流的一致性较差,需要设计有效的控流装置以改善其内部流动。水模拟结果表明,通过所设计的相对较大的冲击区和两个导流孔的优化方案,使得中间包的整体混匀效果和各流一致性都得到明显改善,其总体死区比例相对原型的27.96%降至8.94%;其各流平均停留时间的标准差降低74%。

6流非对称40t中间包挡墙和挡坝对帘线钢盘条夹杂物的影响

通过工业试验研究了6流非对称40t中间包不加挡墙、加挡墙和同时加挡墙挡坝对82A帘线钢Φ5.5 mm盘条夹杂物数量和尺寸的影响。金相检验和电解夹杂物分析结果表明,中间包不加挡墙,近流盘条中夹杂物数量多且尺寸大;加挡墙后,近流盘条中夹杂物数量明显减少且尺寸减小,但远流盘条中夹杂物数量增多且尺寸较大;当加挡墙和挡坝,远流和近流盘条中夹杂物数量和尺寸均明显下降。

二流T型23t中间包控流装置的数值模拟和结构优化

通过计算流体力学软件FLUENT建立的数学模型对钢厂200 mm×1 600 mm铸坯二流T型23 t中间包现挡墙和坝、湍流控制器和坝、湍流控制器和现挡墙以及新挡墙4种结构方案进行三维数值模拟,研究原中间包及安装不同控流装置后的钢水流动特性。结果表明,在所有的设计方案中安装有湍流控制器和坝的中间包能够达到最佳优化效果;中间包的死区体积分率由30.18%降到16.51%,活塞流区与死区的体积分率比R_(Vp/Vd)由55.80%增大到129.44%;中间包内流动稳定,有利于夹杂物的上浮。

挡墙结构对46t中间包钢液流动特性影响的数值和物理模拟

通过采用流动力学软件FLUENT进行的数值模拟和几何相似比1:3的水模型分别研究了导流孔倾角30°的U型挡墙和导流孔倾角分别为20°,25°,30°的V型挡墙4种结构的挡墙对46 t两流T型中800 mm圆铸坯中间包钢液流动特性的影响,并采用稳态模拟计算中间包钢液的温度场分布。结果表明,两种模拟结果有良好的一致性;使用导流孔倾角20°的V型挡墙的中间包流动特性最佳,中间包出口流温差仅为4.0 K,整体最大温差为14.2 K,停留时间最长为803.1 s,死区体积分数最小为0.09,更有利去除钢液夹杂物,提高钢的洁净度。

基于示踪剂法板坯连铸40t中间包内钢液流动行为的物理模拟

通过中间包1:3水力学模型,利用激光片光源对中间包水模型进行切片照射、加人示踪剂显示流体流动特性等手段,研究了钢厂板坯连铸双流40 t中间包水模型挡墙挡坝的相对位置,长水口插入深度(50~105mm)和流量(拉速)(0.7~0.9 m^3/h)对流动行为的影响。结果表明,流量0.8 m^3/h、长水口插入深度93 mm、挡坝内移1 cm的工艺设计较为合理,优化后工艺条件下中间包流动状态较好,有利于减少"死区"比例和夹杂物上浮去除。

五流T型中间包内控流装置优化的水模型实验

通过水力学模拟五流T型连铸中间包后发现 ,在现有的操作条件下 ,无控流中间包五个流的流动特性一致方面存在不足 ,尤其是近水口响应时间极短 ,从而影响夹杂物的上浮 ,甚至会造成铸坯中产生大型夹杂及温度的均匀性 .设置合适形状抑湍器和“V”型挡墙会大大改善上述不足 ,如果两者合理搭配则效果更加显著 .通过实验研究后 。

两流T型连铸中间包结构优化

在实验室中以1∶2.5几何相似比建立了两流T型中间包钢液流动的物理模型,保持弗劳德数相等进行物理模拟实验.实验结果表明,原方案中间包结构的最小停留时间为35.00 s,峰值时间为103.75 s左右,平均停留时间约为273.42 s,活塞流体积分数约为17.88%,死区体积分数为29.53%.采用湍控器、一堰和两坝作为该中间包的控流装置,可以大幅度改善中间包的流体流动特性.结构改进后的中间包流体流动特性:最小停留时间达到151.75 s,峰值时间为281.25 s,平均停留时间为354.16 s,活塞流体积分数为55.80%,死区体积分数降低到8.73%.

35t三流不对称中间包流场的物理数学模拟和应用

以钢厂三流不对称GCr15钢320 mm×480 mm方坯连铸35 t中间包为研究原型,采用1:3水模型试验和数值模拟相结合的方法研究不同控流装置对中间包内流场的影响,优化中间包内流场,并得到最优的导流墙结构。结果表明,原型中间包各水口滞止时间很小,死区比例达到39.68%;增加优化后的Y型导流墙后,滞止时间增大了29.51 s,死区比例减小了15.54%,且各水口一致性较好。通过GCr15轴承钢现场试验发现,中间包优化后钢水T[O]由优化前的19.3×10^(-6)~26.3×10^(-6)平均值22.7×10^(-6)降低至9.5×10^(-6)~17.2×10^(-6),平均12.3×10^(-6);铸坯中夹杂物由12.0~15.3个/mm^2降低到6.8~8.4个/mm^2,>1.25μm夹杂物明显降低。

40tT型6流中间包结构优化对高碳钢中夹杂物的影响

通过几何相似1:3的水模型对原中间包和优化的增设挡墙中间包进行去除夹杂物的模拟试验,根据水模拟试验结果,优化了40 t钢包结构并进行高碳钢82A和72A的生产试验。结果表明,增设挡墙优化结构后,中间包内滞止时间和实际停留时间延长,活塞区比例提高,而死区比例减小;中间包结构优化后去除夹杂物的效果明显提高,采用优化的增设挡墙中间包生产的高碳钢Φ5.5 mm盘条中夹杂物数量由原来的2.06~2.52个/mm^2降至0.20~1.06个/mm^2,最大夹杂物尺寸由原来的(9.87~13.37)μm×(6.29~9.44)μm降至(4.01~8.33)μm×(3.41~7.62)μm;铸坯中大型夹杂物数量和尺寸也相应降低。

18 t三流非对称中间包流场数值模拟

针对三流非对称中间包,运用ANSYS Fluent软件对其控流方案进行模拟,比较不同方案下钢液的流场、温度分布和停留时间分布(RTD)特征。模拟结果显示:原方案中有明显的短路流出现,各个水口钢液的流动一致性差,3个水口的实际停留时间分别为459.44 s、519.43 s和636. 94 s,并且温度最大温差为7 K,死区比例为23.9%;最佳优化方案减少了短路流,钢液流动一致性提高,3个水口的实际停留时间分别为517.13 s、532.66 s和502. 12 s,死区比例降低到19. 8%,最大温差降低到2. 5 K,流动一致性良好,钢液流动更合理。工业试验以316L钢种为研究对象,中间包T[O]由49×10^(-6)降至40×10^(-6),降幅为18. 4%,铸坯T[O]由34×10^(-6)降至28×10^(-6),降幅为17. 7%,洁净度改善较为明显;中间包夹杂物数量密度由7. 2个/mm^2降至4. 7个/mm^2,铸坯由5.4个/mm^2降至3. 5个/mm^2,夹杂物数量降低。

板坯连铸38t扩容中间包控流装置优化的数值模拟和应用

通过数值模拟,对钢厂250 mm×2 000 mm板坯连铸原29 t扩容至38 t中间包进行控流装置优化。研究了挡墙、挡坝的个数和位置对中间包内钢液流场及停留时间分布(RTD)曲线的影响,综合考虑了中间包冶金效果及生产成本,为现场提出了稳流器+挡墙+挡坝控流装置的最优设计方案,该方案使中间包活塞区比例达到77.1%,死区比例降至4.2%。现场采用该结构后非稳态浇铸期间生产的管线钢非金属夹杂物合格率由88%提高到95%,明显提高了中间包的冶金功能。

H型中间包与T型中间包的水模对比研究

进行了H型中间包的挡墙和坝的水模拟优化试验,确定出挡墙和坝的最佳设计方案。结合H型中间包的优点,与普遍使用的T型中间包进行了水模实验对比研究。研究表明:H型中间包内流动比T型中间包内更加稳定;当挡墙间距为130 mm、上挡墙高为87.5 mm、下挡墙高为52.5 mm时,H型中间包内液体的流动状态最好,死区体积比T型中间包小;符合工艺参数条件下增大中间包容积有利于停留时间的延长。

T型中间包温度场数值模拟

某钢厂中间包是异型包中的T型中间包，中间包原型结构不合理，包内温差较大，温度分布不均匀。优化后中间包温度分布比较合理，最低温度有所提高，其中方案3效果最佳。

四流T型中间包内流体流场物理模拟的研究

以某钢厂四流连铸中间包为研究对象,通过物理模拟的方式,研究了中间包设计控流装置内的流体流动行为及特点,提出了中间包的优化控流结构,即采用方形波浪底湍流控制器,其导流孔仰角为25°、中孔直径为30mm、侧孔直径为50 mm,优化控流结构后,钢液在中间包内平均停留时间增加了16%,包内死区体积减小了38%,此控流组合更有效地改善中间包流体流动,有利于非金属夹杂物的上浮,均匀钢液温度,有利于提高钢坯的质量。