H型鋼連鑄質(zhì)量缺陷和浸入式水口結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)值模擬

連鑄結(jié)晶器是連鑄機(jī)的關(guān)鍵部件之一，它的形狀與尺寸，直接關(guān)系到浸入式水口和塞棒的 設(shè)計(jì)。在連鑄耐火材料生產(chǎn)廠，在設(shè)計(jì)浸入式水口和塞棒時(shí)，往往要根據(jù)連鑄結(jié)晶器的形狀、 大小和長度，確定浸入式水口插入結(jié)晶器部分的直徑和長度；確定出鋼口的數(shù)量、形狀和尺 寸。還要根據(jù)結(jié)晶器振幅大小、渣線層厚度和雙渣線操作位置確定浸入式水口的渣線位置和 長度。 為了控制浸入式水口進(jìn)入結(jié)晶器的鋼水流量，還要確定浸入式水口的碗部（水口窩）形 狀和與其匹配的塞棒棒頭。最后還要根據(jù)鋼廠連鑄澆注的鋼種、鋼水處理的方式和連澆時(shí)間， 確定浸入式水口和塞棒的材質(zhì)。 浸入式水口的設(shè)計(jì) 1浸入式水口碗部 浸入式水口碗部，如圖1，a和b所示。浸入式水口頭部的外部形狀有兩種形式：圖1-a 為圓錐體；圖1-b為圓柱體與圓錐體的組合。 為了敘述方便：命名φa為水口圓錐體或圓柱體上口面外徑，即浸入式水口頭部的

為了搞清連鑄含鈦不銹鋼時(shí)浸入式水口cao.tio2型結(jié)瘤的機(jī)理,在實(shí)驗(yàn)室碳管爐中進(jìn)行了鋁碳質(zhì)耐材棒浸入321不銹鋼鋼液的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,結(jié)瘤是由于鋼中cao.tio2等夾雜物沉淀附著在耐材棒表面形成的。如果存在二次氧化,鋼中夾雜物數(shù)量明顯增加,相應(yīng)形成的結(jié)瘤層也較厚。提高鋼液溫度50℃對鋼中生成的氧化物夾雜的類型沒有影響,但是,能顯著減少結(jié)瘤層中的凝固金屬,使結(jié)瘤層減薄。

對簾線鋼用連鑄浸入式水口材質(zhì)和鋼液的相互作用進(jìn)行試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,使用后的水口內(nèi)表面層耐火材料中al2o3含量由于發(fā)生脫碳反應(yīng)而升高,c基本消失,cao含量由于鋼中夾雜物黏附而升高;使用后的水口由于鋼液的沖刷和侵蝕存在損壞情況,造成高al2o3含量的耐火材料脫落進(jìn)入鋼水中,污染鋼液,使鋼中出現(xiàn)al2o3夾雜物,這種夾雜成為簾線鋼后續(xù)加工過程的裂紋源,嚴(yán)重影響簾線鋼質(zhì)量。

應(yīng)用數(shù)值模擬軟件對唐鋼中薄板坯連鑄結(jié)晶器及浸入式水口內(nèi)的鋼水流場、溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了水口結(jié)構(gòu)、拉速、浸入深度和鑄坯斷面對流場和溫度場的影響,在此基礎(chǔ)上確定了水口的最佳結(jié)構(gòu)和浸入深度,并在生產(chǎn)中進(jìn)行了驗(yàn)證,不但提高了鑄坯質(zhì)量和產(chǎn)量且穩(wěn)定了連鑄生產(chǎn)。

根據(jù)太鋼三流220mm×220mm方坯連鑄中間包結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù),利用ansysfluent數(shù)值模擬軟件對該中間包流場和溫度場進(jìn)行模擬研究。結(jié)果表明,原型中間包流場不合理,第2流鋼液存在短路流和死區(qū),各流一致性較差。優(yōu)化方案通過在澆注區(qū)設(shè)立擋墻,形成鋼流緩沖區(qū),鋼液重新分配,流場一致性得到了大幅度改善。最優(yōu)方案應(yīng)用于現(xiàn)場后,相對于原方案第1、2流夾雜物數(shù)量分別降低了9.51%、23.52%,流間夾雜物數(shù)量差異降低了52.72%,兩流夾雜物數(shù)量和流間夾雜物數(shù)量差異都明顯降低。

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由于生產(chǎn)軸承鋼水口的堵塞,嚴(yán)重影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。利用化學(xué)分析、相分析和巖相分析的方法對浸入式水口堵塞物及其耐火材料進(jìn)行研究。結(jié)果表明,發(fā)生水口堵塞的位置主要在水口渣線部,堵塞物化學(xué)成分主要以金屬fe為主,其它含有al、cr、si、c等物質(zhì)。而水口內(nèi)壁物質(zhì)主要是al2o3、sio2、cao、cr2o3、feo等氧化物。從x射線分析看,這些物質(zhì)主要是熔點(diǎn)較高的cao和al2o3形成的cao·2al2o3和cao·6al2o3。由此分析得出,鋼水金屬冷凝、連鑄保護(hù)澆鑄不好和鋼水不潔凈是造成水口堵塞的主要原因。同時(shí)給出了防止水口堵塞的技術(shù)措施。

通過數(shù)值模擬研究了304不銹鋼200mm×1550mm板坯結(jié)晶器內(nèi)用原水口時(shí)的鋼液流場及鋼-渣界面的特征。結(jié)果表明,原水口的結(jié)晶器流場的上回流過強(qiáng),鋼-渣界面的不穩(wěn)定,結(jié)晶器窄邊渣液層薄,易發(fā)生卷渣和鋼液裸露;最優(yōu)化水口結(jié)構(gòu)為將原水口v型底部改成凹型、增加水口出口形狀的錐度、向上傾角10°。

對不銹鋼304板坯連鑄浸入式水口堵塞狀況進(jìn)行了探討,對水口內(nèi)壁所形成的明顯三層物質(zhì)及其形成原因進(jìn)行了分析,并提出了改善水口堵塞的措施。

針對某公司研制的td150型管道泵在試驗(yàn)中出現(xiàn)設(shè)計(jì)點(diǎn)揚(yáng)程偏低、小流量下噪聲較大等問題,對泵內(nèi)部流場進(jìn)行了全流道數(shù)值模擬,提出了優(yōu)化方案,對優(yōu)化后的管道泵進(jìn)行了性能及噪聲試驗(yàn),結(jié)果表明,試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果相差較少,小流量下泵的噪聲顯著降低,額定點(diǎn)揚(yáng)程明顯提高。

針對板坯連鑄過程,建立了鋼液流動(dòng)、傳熱、凝固的三維耦合數(shù)值計(jì)算程序,計(jì)算、分析了浸入式水口底部開孔與否對連鑄過程鋼液的流動(dòng)、凝固特征的影響.計(jì)算結(jié)果表明,浸入式水口下部的開孔可以有效地抑制下回流區(qū)的長度,有利于形成較為穩(wěn)定的凝固坯殼,特別是可以防止一般水口在角部附近大面的拉漏.同時(shí)對于均勻斷面溫度有一定的作用,因此保留下部開孔是有益的.

氣泡發(fā)生器作為離心浮選機(jī)的核心部件,其結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響充氣性能。運(yùn)用cfd軟件starccm+對氣泡發(fā)生器不同面積比的流場規(guī)律進(jìn)行了兩相流數(shù)值模擬,得到了速度場、壓力以及吸氣量等參數(shù)。模擬結(jié)果表明,在其他參數(shù)不變的情況下,吸氣量隨面積比增大呈降低趨勢,面積比大于3.57后吸氣量變化明顯;擴(kuò)散管出口速度隨面積比的增大而先增大后減小,在面積比3.57處出現(xiàn)峰值;喉管處負(fù)壓值隨面積比增大呈減小趨勢。根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果,得出喉管與噴嘴的最佳面積比為3.57,為氣泡發(fā)生器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)。

梅鋼浸入式水口防止堵塞的機(jī)理研究與實(shí)踐

含鈦軸承不銹鋼澆注過程中浸入式水口的結(jié)渣

采用k-ε湍流模型封閉reynods方程及vof法追蹤自由水面,對南迪普火電廠虹吸井和排水口的排水過程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,其結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,表明三維數(shù)學(xué)模型用于虹吸井和排水口泄流模擬是可行的。在此基礎(chǔ)上,針對原設(shè)計(jì)方案虹吸井溢流堰泄流偏于一側(cè)、流速分布不均勻等缺點(diǎn),分析了迷宮堰取代原方案折型堰后的流態(tài),經(jīng)三維數(shù)值模擬驗(yàn)證,迷宮堰堰上過流量及堰后流速分布基本均勻?qū)ΨQ,是一種較為理想的堰型。

本文采用有限容積法對50種具有不同孔數(shù)及排列方式的240×115×90粘土空心磚進(jìn)行了當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的三維數(shù)值模擬研究.模擬中考慮了粘土空心磚的孔內(nèi)表面輻射、孔數(shù)及排列方式以及室內(nèi)外溫差對其當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的影響.模擬結(jié)果表明:孔內(nèi)表面輻射對當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)有不可忽略的作用,孔數(shù)及排列方式直接影響當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的值,存在具有最低當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的粘土空心磚結(jié)構(gòu).在該結(jié)構(gòu)下空心磚的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)幾乎不隨室內(nèi)外溫差的變化而變.模擬結(jié)果對粘上空心磚的結(jié)構(gòu)選型、工程設(shè)計(jì)及建筑節(jié)能具有重要的意義。

本文對304不銹鋼板坯連鑄中包浸入式水口堵塞狀況進(jìn)行了探討，并對水口內(nèi)壁所形成的明顯的三層物質(zhì)及其形成原因進(jìn)行了分析，提出了改善水口堵塞的措施。

采用燒結(jié)法合成了致密的復(fù)合了cao-sio2系化合物cazro3質(zhì)材料,研究了cao-sio2系化合物的復(fù)合量和不同添加劑對復(fù)合材料的致密化及與al2o3反應(yīng)能力扔影響。提高了與al2o3的反應(yīng)能力。兩種sio2-al2o3系添加劑均能大大

利用三維紊流數(shù)學(xué)模型,對某抽水蓄能電站上水庫進(jìn)/出水口原方案及其優(yōu)化方案抽水和發(fā)電工況進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了進(jìn)/出水口段的水頭損失、進(jìn)/出水口段的流態(tài)和流速分布等。原方案在抽水工況下,存在擴(kuò)散段及調(diào)整段頂蓋板下部產(chǎn)生水流分離區(qū)、攔污柵斷面有反向流速、各孔口流速不均勻系數(shù)偏大等不利水力學(xué)現(xiàn)象?？紤]以上不利因素,需對原方案進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化方案計(jì)算結(jié)果表明,在擴(kuò)散段和防渦梁段之間增加調(diào)整段、壓低擴(kuò)散段蓋板擴(kuò)散角以及增加擴(kuò)散段長度等措施均能改善水流流態(tài)。

伴隨著油田的進(jìn)一步開采,井內(nèi)的氣液有效分離變得越來越重要.柱式氣液旋流分離器由于結(jié)構(gòu)簡單和制作成本低而在油田很受歡迎.一個(gè)典型氣液旋流分離器被用于數(shù)值模擬計(jì)算.基于混合物模型下的三維湍流模型被用來描述分離器內(nèi)混合物流動(dòng)情況.通過數(shù)值模擬,分析了不同參數(shù)下(分離器長度、出口直徑等)的氣液分離效率.隨著分離器長度增加,氣液分離效率降低;隨著出口直徑的增大,氣液分離效率先提高后降低.矩形入口形狀比圓形入口形狀更適合旋流分離器,氣液分離效率從66.45%提高到79.04%.最后,最佳幾何結(jié)構(gòu)被提出,在最佳結(jié)構(gòu)下氣液分離效率為86.15%.

該文以航天煤化工系統(tǒng)中的某型號(hào)籠式調(diào)節(jié)閥為研究對象,應(yīng)用cfd數(shù)值模擬方法研究了調(diào)節(jié)閥的內(nèi)流場特性。通過模擬給定壓差下閥門不同開度的流量特性,得到調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線,并與試驗(yàn)測定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析,模擬值與試驗(yàn)值吻合較好。根據(jù)流場特性對流道做了優(yōu)化并對新結(jié)構(gòu)做了數(shù)值模擬,結(jié)果表明,優(yōu)化后的流道流阻減小、渦流強(qiáng)度減弱、進(jìn)而減少了能量損失。

2010年4月和9月對傀儡湖供水口水源地陽澄湖湖區(qū)進(jìn)行了調(diào)查,通過調(diào)查確定了傀儡湖供水的流速并在此基礎(chǔ)上建立了3維數(shù)值模型,模擬了傀儡湖供水口的流場特征,采用粒子追蹤模式模擬藻類漂移,分析了藻類的主要堆積趨勢,從而為改善傀儡湖供水質(zhì)量提供理論依據(jù)。