连铸板坯结晶器内钢渣界面的波动行为和卷渣行为的研究

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1、连铸板坯结晶器内钢渣界面的波动行为和卷渣行为的研究摘要随着高效连铸的发展和吹氩工艺的广泛应用，结晶器的冶金作用越来越重要。深入研究结晶器内钢渣运动是促进连铸工艺顺行，改善铸坯质量的关键因素。本文以太钢板坯连铸结晶器为研究对象，根据相似原理建立1:2的水模型，采用水力学物理模拟方法，研究了拉速、水口插入深度以及吹气量对结晶器内液面波动、液渣分布、卷渣行为的影响规律。研究表明：拉速对结晶器内钢渣界面流动行为影响很大，吹气量对结晶器不同部位的钢渣流动影响程度不同，在水口附近影响最大。在高拉速浇注时，结晶器内很容易出现剪切卷渣；在拉速不高而吹气量比较大时，

2、吹气卷渣是卷渣的主要方式。当卷入结晶器内的渣滴冲击深度较浅时，会因浮力作用而慢慢上浮；当渣滴的冲击深度较深时，就会被流股冲击到结晶器下部区域，最终形成铸坯大型夹杂物或者导致卷渣漏钢事故。关键词板坯结晶器卷渣吹气1文献综述1.1板坯连铸技术概述连续铸钢技术的开发与应用是钢铁生产中继氧气转炉之后又一次重大的技术革命，是目前冶金领域最活跃的一个分支，也是炼钢领域内发展最快的技术之一。连铸技术对世界钢铁工业的发展产生了巨大的推动力。目前连铸生产快速发展已成为推动炼钢和整个钢铁生产蓬勃发展的主要技术动力[1,2]。1.2结晶器冶金作用在连铸过程中，由于钢水不

3、纯净、二次氧化、夹杂上浮不充分，铸坯本身的凝固特征，高温铸坯要经受冷却、弯曲和拉矫等方面的热应力和机械应力，使铸坯存在一些缺陷。铸坯的表面缺陷主要决定于钢水在结晶器内的凝固过程，它是与结晶器内坯壳的形成、结晶器振动、保护渣性能、浸入式水口设计及钢液面稳定性等因素有关的，必须严格控制影响表面质量的各参数在合理的目标值内，以生产无缺陷的铸坯，这也是热送和直接轧制的前提条件。影响板坯质量及工艺顺行的关键问题，大部分与钢液在结晶器内的流动行为有着直接或间接的关系。高速连铸会加剧钢液流速和弯月面的流动，造成凝固壳的不稳定，夹杂物难以上浮，更为严重的是，易将钢

4、液面上的保护渣卷入到钢水中，保护渣覆盖不均匀，从而引起漏钢事故和质量缺陷。因此，深入了解和控制结晶器内的钢液流动行为是保证高效连铸过程顺行、提高连铸坯质量的关键结晶器在连铸生产过程中是高效率的传热器、凝固成型器、钢水净化器、铸坯表面质量控制器，要求结晶器内钢水流动不应把保护渣卷入钢液内部，钢流冲击深度应利于夹杂物上浮和减小对凝固坯壳的冲刷作用，而结晶器流场对此有决定性的影响。1.3本文的研究内容和研究目的本文依据相似原理，针对太钢机浇注板坯的质量问题和工艺顺行问题，研究了不同工艺参数对结晶器内钢液流动行为的影响，重点分析了结晶器内卷渣、液渣分布规律

5、。2结晶器钢渣界面波动行为和卷渣行为的物理模拟实验模型的建立主要是根据相似比，把实际的工况条件和装置换算成实验中的参数条件和模型，以确保整个实验过程能真实的再现实际过程，从而为实际的操作提供指导。2.1实验原理由物理模拟的基础理论可以知道，对于结晶器内的钢液流动行为的物理模拟，主要考虑几何相似和动力相似，包括的相似准数有雷诺准数(Re)、弗鲁德准数(Fr)。因为结晶器内的流场大部分区域处于紊流状态，Re数大于第二临界值，流体的湍流程度及速度分布不再受Re数的影响，主要考虑惯性力和重力的关系，即保证Fr准数的相似。下面是实验流程图2.1。图2.1实验

6、流程图2.2实验主要参数实验所用的结晶器的数据如下：结晶器长800mm、宽110mm、高1500mm，用水和油分别模拟钢水和保护渣层，水是循环水，用转子流量计测量流速变化测吹气量，结晶器为两相分流的结晶器，在水的循环过程中当流量计的流量定下时，若结晶器液面保持不动即达到平衡。依据Frm=Frp(m-模型，p-原型，以下相同)，长度相似比λ=lm/lp=0.5，可以得到以下关系：（2.1）速度相似比：（2.2）时间相似比为：（2.3）令为流量比例因子，：则流量相似比为：（2.4）在己知结晶器断面尺寸、实际流量或拉坯速度的情况下就可以得到实验模型流量。

7、根据以上推导可以计算出模型实验中需要的各种参数，原型与模型的参数对照见表2.1。表2.1结晶器原型与模型的参数对照表参数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单因素试验方案为了分析拉速、插入深度、水口吹气量对结晶器内钢液流动、液渣均匀性的影响，实验中设计了单因素分析法。单因素分析法就是在其它因素相同的条件下，只改变其中一

8、个因素，通过实验结果就可以分析出该因素对各个实验指标的影响趋势。①插入深度、塞棒吹气量和水口吹气量恒定，选择了四种不同的拉