連鑄板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼渣界面的波動(dòng)行為和卷渣行為的研究

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1、連鑄板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼渣界面的波動(dòng)行為和卷渣行為的研究摘要隨著高效連鑄的發(fā)展和吹氬工藝的廣泛應(yīng)用，結(jié)晶器的冶金作用越來越重要。深入研究結(jié)晶器內(nèi)鋼渣運(yùn)動(dòng)是促進(jìn)連鑄工藝順行，改善鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文以太鋼板坯連鑄結(jié)晶器為研究對(duì)象，根據(jù)相似原理建立1:2的水模型，采用水力學(xué)物理模擬方法，研究了拉速、水口插入深度以及吹氣量對(duì)結(jié)晶器內(nèi)液面波動(dòng)、液渣分布、卷渣行為的影響規(guī)律。研究表明：拉速對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼渣界面流動(dòng)行為影響很大，吹氣量對(duì)結(jié)晶器不同部位的鋼渣流動(dòng)影響程度不同，在水口附近影響最大。在高拉速澆注時(shí)，結(jié)晶器內(nèi)很容易出現(xiàn)剪切卷渣；在拉速不高而吹氣量比較大時(shí)，

2、吹氣卷渣是卷渣的主要方式。當(dāng)卷入結(jié)晶器內(nèi)的渣滴沖擊深度較淺時(shí)，會(huì)因浮力作用而慢慢上??；當(dāng)渣滴的沖擊深度較深時(shí)，就會(huì)被流股沖擊到結(jié)晶器下部區(qū)域，最終形成鑄坯大型夾雜物或者導(dǎo)致卷渣漏鋼事故。關(guān)鍵詞板坯結(jié)晶器卷渣吹氣1文獻(xiàn)綜述1.1板坯連鑄技術(shù)概述連續(xù)鑄鋼技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是鋼鐵生產(chǎn)中繼氧氣轉(zhuǎn)爐之后又一次重大的技術(shù)革命，是目前冶金領(lǐng)域最活躍的一個(gè)分支，也是煉鋼領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展最快的技術(shù)之一。連鑄技術(shù)對(duì)世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)力。目前連鑄生產(chǎn)快速發(fā)展已成為推動(dòng)煉鋼和整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)蓬勃發(fā)展的主要技術(shù)動(dòng)力[1,2]。1.2結(jié)晶器冶金作用在連鑄過程中，由于鋼水不

3、純凈、二次氧化、夾雜上浮不充分，鑄坯本身的凝固特征，高溫鑄坯要經(jīng)受冷卻、彎曲和拉矯等方面的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，使鑄坯存在一些缺陷。鑄坯的表面缺陷主要決定于鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的凝固過程，它是與結(jié)晶器內(nèi)坯殼的形成、結(jié)晶器振動(dòng)、保護(hù)渣性能、浸入式水口設(shè)計(jì)及鋼液面穩(wěn)定性等因素有關(guān)的，必須嚴(yán)格控制影響表面質(zhì)量的各參數(shù)在合理的目標(biāo)值內(nèi)，以生產(chǎn)無缺陷的鑄坯，這也是熱送和直接軋制的前提條件。影響板坯質(zhì)量及工藝順行的關(guān)鍵問題，大部分與鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)行為有著直接或間接的關(guān)系。高速連鑄會(huì)加劇鋼液流速和彎月面的流動(dòng)，造成凝固殼的不穩(wěn)定，夾雜物難以上浮，更為嚴(yán)重的是，易將鋼

4、液面上的保護(hù)渣卷入到鋼水中，保護(hù)渣覆蓋不均勻，從而引起漏鋼事故和質(zhì)量缺陷。因此，深入了解和控制結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動(dòng)行為是保證高效連鑄過程順行、提高連鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵結(jié)晶器在連鑄生產(chǎn)過程中是高效率的傳熱器、凝固成型器、鋼水凈化器、鑄坯表面質(zhì)量控制器，要求結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)不應(yīng)把保護(hù)渣卷入鋼液內(nèi)部，鋼流沖擊深度應(yīng)利于夾雜物上浮和減小對(duì)凝固坯殼的沖刷作用，而結(jié)晶器流場(chǎng)對(duì)此有決定性的影響。1.3本文的研究?jī)?nèi)容和研究目的本文依據(jù)相似原理，針對(duì)太鋼機(jī)澆注板坯的質(zhì)量問題和工藝順行問題，研究了不同工藝參數(shù)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)行為的影響，重點(diǎn)分析了結(jié)晶器內(nèi)卷渣、液渣分布規(guī)律

5、。2結(jié)晶器鋼渣界面波動(dòng)行為和卷渣行為的物理模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⒅饕歉鶕?jù)相似比，把實(shí)際的工況條件和裝置換算成實(shí)驗(yàn)中的參數(shù)條件和模型，以確保整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程能真實(shí)的再現(xiàn)實(shí)際過程，從而為實(shí)際的操作提供指導(dǎo)。2.1實(shí)驗(yàn)原理由物理模擬的基礎(chǔ)理論可以知道，對(duì)于結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動(dòng)行為的物理模擬，主要考慮幾何相似和動(dòng)力相似，包括的相似準(zhǔn)數(shù)有雷諾準(zhǔn)數(shù)(Re)、弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)(Fr)。因?yàn)榻Y(jié)晶器內(nèi)的流場(chǎng)大部分區(qū)域處于紊流狀態(tài)，Re數(shù)大于第二臨界值，流體的湍流程度及速度分布不再受Re數(shù)的影響，主要考慮慣性力和重力的關(guān)系，即保證Fr準(zhǔn)數(shù)的相似。下面是實(shí)驗(yàn)流程圖2.1。圖2.1實(shí)驗(yàn)

6、流程圖2.2實(shí)驗(yàn)主要參數(shù)實(shí)驗(yàn)所用的結(jié)晶器的數(shù)據(jù)如下：結(jié)晶器長(zhǎng)800mm、寬110mm、高1500mm，用水和油分別模擬鋼水和保護(hù)渣層，水是循環(huán)水，用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流速變化測(cè)吹氣量，結(jié)晶器為兩相分流的結(jié)晶器，在水的循環(huán)過程中當(dāng)流量計(jì)的流量定下時(shí)，若結(jié)晶器液面保持不動(dòng)即達(dá)到平衡。依據(jù)Frm=Frp(m-模型，p-原型，以下相同)，長(zhǎng)度相似比λ=lm/lp=0.5，可以得到以下關(guān)系：（2.1）速度相似比：（2.2）時(shí)間相似比為：（2.3）令為流量比例因子，：則流量相似比為：（2.4）在己知結(jié)晶器斷面尺寸、實(shí)際流量或拉坯速度的情況下就可以得到實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ土髁俊?/p>

7、根據(jù)以上推導(dǎo)可以計(jì)算出模型實(shí)驗(yàn)中需要的各種參數(shù)，原型與模型的參數(shù)對(duì)照見表2.1。表2.1結(jié)晶器原型與模型的參數(shù)對(duì)照表參數(shù)相似比原型模型原型模型原型模型原型模型拉速m/min0.711.130.81.411.01.691.21.971.4流量m3/h0．42549.5521.0662.1426.4174.4031.6286.6636.83插入深度mm0.5804013065180902.3單因素試驗(yàn)方案為了分析拉速、插入深度、水口吹氣量對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)、液渣均勻性的影響，實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了單因素分析法。單因素分析法就是在其它因素相同的條件下，只改變其中一

8、個(gè)因素，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果就可以分析出該因素對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的影響趨勢(shì)。①插入深度、塞棒吹氣量和水口吹氣量恒定，選擇了四種不同的拉