连铸板坯浸入式水口吹氩工艺研究

研究了浸入式水口吹氩对连铸板坯质量影响的问题。进行了实验室物理模拟、现场取样,实施改进条件后单流连铸机稳态与非稳态下现场试验。主要采用的方法为水模试验、低倍检验与金相分析。提出应将水口不堵塞作为吹氩工艺设置的最终目标,而吹氩造成的液面波动等情况可作实际控制时的间接依据。研究表明,为防止堵塞,同样断面条件下应设置为高拉速吹气量小而低拉速大。在保证生产顺行情况下,通过对结晶器吹氩气量的优化设置,可降低铸坯针孔等缺陷的产生。     

宽板坯连铸结晶器内氩气分布的水模型

 针对塞棒、上水口吹氩时,吹入的氩气有多少进入到结晶器钢水内和氩气在结晶器断面上如何分布的问题,采用1：1水模型,重点研究了吹气量、吹气方式、拉速、浸入式水口倾角等工艺参数对不同宽度结晶器内气体分布状况的影响。结果表明,吹气量和吹气方式对结晶器内气体分布几乎没有影响,而拉速和水口倾角基本上就决定了宽度方向上的气体分布状况。小的结晶器断面宽度、小的水口倾角、高拉速时窄面附近含气比例更高,氩气泡更易被凝固坯壳所捕捉而使铸坯产生气泡缺陷。     

宝钢一炼钢厂连铸机结晶器浸入式水口吹氩的水模研究

针对宝钢一炼钢厂的结晶器吹氩水口进行了 1∶1水模实验 ,研究了不同板坯宽度、拉速、水口出水口面积、出水口角度、浸入深度和吹气量等条件下结晶器液面波动和流股在窄面的冲击点的变化情况 ,并提供了水口优化设计及操作参数 ,为提高连铸生产率及铸坯质量提供了依据。     

宝钢—炼钢厂连铸机结晶器浸入式水口吹氩的水模研究

针对宝钢一炼钢厂的结晶器吹氩水口进行了１：１水模实验，研究了不同板坯宽度、拉速、水口出水口面积、出水口角度、浸入深度和吹气量等条件下结晶器液面波动和流股在窄面的冲击点的冲击点的变化情况，并提供了水口优化设计及操作参数，为提高连铸生产率及铸坯质量提供了依据。     

结晶器内钢液面波动分析与控制

通过水模试验对邯郸钢铁集团有限责任公司邯宝炼钢厂连铸结晶器液面波动原因进行分析。结果表明,随着板坯连铸机拉速提高、吹氩量增加、铸坯断面的增加,结晶器钢液面波动量增大;随着浸入式水口浸入深度增加和水口出口角度增大,结晶器内钢液面波动量减小。选择合适的拉速、恒速浇铸、优化浸入式水口形式和浸入深度、保持适当的吹氩量、执行标准化操作,可以降低结晶器钢液面波动量,提高连铸坯质量。采取优化措施后,结晶器钢液面波动量逐渐恢复到±3 mm以内,热轧卷板边部翘皮和夹杂缺陷比例逐月降低,缺陷率从2010年11月0.41%控制到2011年4月以后0.1%以下。     

吹氩板坯结晶器水模型实验研究

采用1：2.5的相似比,以1 500 mm×280 mm断面的结晶器为原型建立水模型,试验研究了在吹氩条件下拉速,水口倾角、吹气量和浸入深度对液面波动的影响,并分析了在试验条件下的卷渣行为,研究结果表明在吹氩条件下主要存在气泡群冲击卷渣和类漩涡卷渣两种方式。     

板坯连铸水口内钢液流动的数值模拟

 运用CFX计算软件研究了大通钢量工况下板坯浸入式水口流场,分析了水口结构、结晶器流动控制方式、水口吹氩等对浸入式水口流场的影响。研究表明,适宜的水口结构和控流方式组合能获得最优的水口出口流股形态和稳定均衡的流场。在大通钢量下,塞棒、底部凸起水口结构是最佳组合。不适宜的工艺组合形成并加重水口偏流,造成结晶器初始坯壳的不均匀冲刷和液面涡流,进一步诱发水口堵塞、水口结瘤、结晶器非稳态和不均衡传热,最终导致铸坯缺陷甚至诱发拉漏事故。     

大板坯连铸结晶器内流场实验研究

文中通过大板坯连帮结晶器的水模实验，研究了结晶器宽度、拉速、浸入式水口出口角、水口浸入深度及水口吹气量等工艺参数分别变化结晶器内流场的特性。认为，以水口吹气的影响最大；得出了不同工艺条件下的临界吹气量值。     

浇铸参数对结晶器液面波动影响及其工业应用

 板坯连铸结晶器液面的波动行为是结晶器内钢液流动、结晶器自身振动以及辊子挤压铸坯内部未凝固的钢液造成液面波动综合作用的结果。结晶器液位波动的稳定性对板坯连铸过程的卷渣行为有直接影响。在工业板坯连铸生产实践中,一般在结晶器某一区域(比如结晶器中部)利用放射源或涡流传感器检测液位波动来代表该工况下的整体波动水平。利用三维气液两相流动的数学模型研究了浇铸参数对结晶器液位轮廓的影响,浇铸参数包括拉速、吹氩流量、浸入式水口出口角度和浇铸断面。研究结果表明,结晶器不同宽度位置的波动幅值差异较大,且与工艺参数密切相关。液面的波峰与波谷之差随着拉速的增加在窄面附近逐渐增大,随着吹氩流量的增加在水口附近逐渐增大。在水口出口角度15°条件下,水口和窄面附近的液位波动均较大,而在水口出口角度45°条件下,仅在水口附近存在较大的液位波动。研究结果表明,使用板坯连铸常规的15°浸入式水口,当铸坯宽度大于800 mm时,结晶器液面检测需要在水口和窄面附近同时布置液位检测设备,以便更全面反应结晶器的真实液面行为,使液面波动对轧板表面质量指导性增强,有效提高连铸工艺的控制水平。如使用45°浸入式水口可以继续沿用原有的液位检测布置。     

板坯连铸结晶器内吹氩参数优化

 针对梅钢2号铸机板坯的气孔缺陷问题,采用水力学物理模拟的方法,研究了拉速、水口插入深度和吹气量对结晶器内气泡分布的影响。根据物理模拟结果对吹气量进行了优化,得到了吹氩量与结晶器通钢量的定量关系式,并在大生产中进行了应用。结果表明,将实际中的吹氩量控制在优化的吹气量范围之内时,硫印评级方法检测的针孔状气孔缺陷等级从10级降为05级,缺陷铸坯比例降幅达127%,低倍检验缺陷铸坯比例降幅达618%。     

浸入式水口吸入空气机理及吹氩量控制模型

 连铸过程浸入式水口本身及其与上水口连接处容易吸入空气,导致钢水二次氧化,随之可能造成水口结瘤及断浇,导致严重的连铸事故。通过向水口内部吹入氩气可以防止空气吸入,吹氩量控制不当容易引起铸坯缺陷。基于伯努利原理和质量守恒定律建立了从中间包到结晶器的速度-质量模型,探讨了以上部件吸入空气的机理。首先研究了理想与考虑压损2种情况下水口直径、水口浸入深度、中间包液位、铸坯宽度和拉坯速度对水口入口的钢液横截面积与出口的钢液横截面积之比(A_A/A_P)的影响,然后对水口结构进行了优化,并建立了吹氩量控制模型。结果表明,为防止水口吸入空气,应尽量减小水口直径、降低中间包液位和水口浸入深度的高度差、增大拉坯速度和铸坯断面宽度。其中水口直径提高10%,A_A/A_P从2.15增大至2.62;铸坯宽度和拉坯速度对A_A/A_P影响略低于水口直径,同样提高10%,A_A/A_P均从2.15降低至1.96;中间包液位和浸入深度对A_A/A_P影响最小。基于此研究结果,水口结构优化为符合钢液流束的圆台形,并结合水口内真空区体积确定了吹氩量控制模型,使得水口内始终保持微正压。本研究结果为减小甚至消除水口的空气吸入、控制氩气吹入量提供了理论基础,对高品质钢的生产及节能降耗具有重要意义。     

吹氩板坯连铸结晶器内钢水流态

 采用1[∶]1水模型和工业插钉法研究了吹氩板坯连铸结晶器内钢水流态,并讨论了通钢量、吹氩量、水口浸入深度与水口结构对结晶器流态的影响。水模型结果发现,结晶器内宏观流态主要包括双股流和单股流,钢水通量和吹氩量是影响结晶器内钢水流态的决定性因素。为得到双股流,应采用高通钢量和低吹氩量,缩小断面、增大浸入深度和使用凸底水口有利于双股流形成。基于水模型结果,为维持结晶器内双股流态,在实际浇铸中提出减少连铸过程吹氩量低于临界吹氩量,在宽断面和低拉速下使用凸底水口等措施。工业插钉试验结果与水模型吻合较好,这表明水模型结果可指导现场浇铸实践。     

高拉速厚板坯连铸结晶器流场影响因素的模拟研究

运用数值模拟研究方法,研究高拉速厚板坯连铸结晶器流场的影响因素;研究浸入式水口结构、水口控流方式、水口出口角度、水口浸入深度、结晶器宽度、结晶器厚度、吹氩等因素对结晶器流场、液面流速以及初生坯壳的影响.结果表明在高拉速下,结晶器的流场不稳定因素增多,工艺参数对结晶器流场的影响因数增加.在高拉速下结晶器流场流速高,液面波动大,液钢流束冲击深度大,势必造成产品质量的下降趋势,因此高拉速厚板坯连铸过程必须采用电磁制动或流场控制技术,降低高流速带来的不利影响;水口结构与结晶器规格最优化与匹配能得到适宜的结晶器流场;同时发现高拉速钢液流束对结晶器初生坯壳的影响严重,是高拉速漏钢率高的直接原因之一.     

板坯结晶器内钢液综合冶金行为的数值模拟

数值模拟了板坯结晶器内钢液的综合冶金行为.结果表明:钢水的流动状态主要决定于浸入式水口钢水射流形态和强度.在已经给定浸入式水口工作端的条件下,由于水口吐出孔附近存在低压抽引回流区,所以钢水仅从吐出孔下部流出,降低了水口吐出孔的有效利用面积.大断面会使其弯月面的过热度降低;坯壳温度变化主要集中在窄面冲击区域,该区域坯壳温度随铸坯断面增加而降低.断面尺寸为1 400 mm×230 mm和1 600 mm×230 mm的铸坯,结晶器出口处窄面凝固坯壳厚度能达到11.5 mm;对于1 800 mm ×230 mm断面在结晶器出口处窄面凝固坯壳厚度能达到13.4 mm.铸坯宽面坯壳厚度受断面变化的影响很小.     

连铸板坯结晶器浸入式水口试验研究

结合某厂两种断面的结晶器内腔尺寸,采用１：０．６水模型研究方法,系统地研究了浸入式水口结构参数,吹气量、拉速等工艺操作参数同结晶器液面波动、流股对结晶器窄面的冲击力及涡心高度之间的关系,得出了适用于两种断面的合理的凹型浸入式水口,并利用水模拟实验和工厂试验进行了对比研究,结果表明,应用凹型浸入水口取得了良好的效果。     

连铸结晶器内钢/渣界面波动及卷渣行为的实验研究

连铸结晶器钢/渣界面时常发生卷渣现象,严重影响连铸坯质量.本文通过水模型实验研究了吹氩量、拉速、水口浸入深度对钢/渣界面波动及卷渣现象的影响.利用波高仪采集液面的波动数据,采用高速摄像机捕捉钢/渣界面卷渣时的瞬时图像,重现了剪切卷渣、漩涡卷渣、大气泡卷渣及抽吸卷渣现象.结果表明:随着吹氩量的增大,结晶器液面波动加剧,适当的吹氩量有利于抑制卷渣,本实验中0.8 L/min吹氩量下的卷渣频率最低;随着水口浸入深度的增加,液面波动程度和卷渣频率均呈降低趋势;随着拉速增大,水口附近的波动先减小后增大,窄边附近的波动逐渐增强,卷渣频率逐渐增大.     

浸入式水口结构对180 mm×240 mm断面连铸结晶器内钢液流动行为的影响

为改善国内某钢厂高碳硬线钢铸坯的内部质量,以实际180 mm×240 mm方坯连铸结晶器为原型,基于相似原理,采用1∶1的物理模型,对比研究了直通型和侧分旋流型水口浇铸条件下的结晶器内流体流动行为。试验测定了不同拉速和水口浸入深度下结晶器内钢液的流股分布、液面波动及渣层状态。结果表明:旋流水口可有效降低流股冲击深度;相同水口浸入深度和拉速条件下,使用旋流水口的结晶器液面平均波高大于直通型水口;拉速和浸入深度对旋流型水口的液面波动影响明显,渣层波动也比直通型水口频繁。综合液面波动和渣层状态并考虑成本因素,旋流水口更适合浇铸该断面高品质铸坯,其适宜的工艺参数为拉速1.0 m/min、浸入深度120 mm,此时自由液面平均波高0.18 mm,渣层波动适宜,无卷渣和裸钢现象发生。将该水口配合结晶器电磁搅拌和二冷工艺应用于高碳硬线钢生产,得到的铸坯质量稳定,Φ5.5 mm盘条中心碳偏析不大于2.0级的比例达95%以上,疏松缩孔不大于0.5级的比例达100%。     

板坯连铸结晶器非稳态流场的模拟研究

本文运用数值模拟研究方法,研究高拉速厚板坯连铸非稳态结晶器流动特性,研究浸入式水口堵塞、水口不对中对结晶器流场、液面流速和对初生坯壳的影响。高拉速厚板坯连铸,铸坯质量下降,90%表面缺陷集中在铸坯边角区域,最严重的缺陷是铸坯中心和角部纵裂。非稳态工况对结晶器的流场影响因素更为显著,研究发现水口堵塞程度、水口出口流速、流量分配比是结晶器液面流速不对称、液面波动的主要影响因素,水口不对中是钢液流股对结晶器初生坯壳局部热冲击的主要因素,因此高拉速连铸应尽量避免非稳态工况操作,确保产品质量和效率的双赢。     

中薄板坯连铸结晶器浸入式水口的优化设计

应用数值模拟软件对唐钢中薄板坯连铸结晶器及浸入式水口内的钢水流场、温度场进行数值模拟,分析了水口结构、拉速、浸入深度和铸坯断面对流场和温度场的影响,在此基础上确定了水口的最佳结构和浸入深度,并在生产中进行了验证,不但提高了铸坯质量和产量且稳定了连铸生产。     

结晶器内氩气泡分布及钢渣界面波动行为

建立了1∶0.6的结晶器水模型和结晶器原型数学模型,采用高速摄像机及分析软件研究了连铸工艺参数对结晶器水模型内气泡分布行为的影响;采用离散相模型和VOF模型的数学模拟方法,研究了连铸工艺参数对结晶器内气泡分布和钢渣界面波动行为的影响。结果表明,通过数学模拟获得的结晶器内气泡分布和水模型试验结果吻合性较好;增加吹氩量,结晶器内氩气泡尺寸增大,分布更均匀;吹氩可以降低结晶器窄面附近区域钢液的波高,但会导致水口附近波动加剧;增大拉速时,结晶器内氩气泡尺寸减小,分布更均匀,结晶器窄面波高增大,水口附近液面波高显著降低;增大水口倾角和浸入深度,有助于抑制水口附近和窄面附近的波动,气泡在结晶器内的分布相对较为均匀,气泡尺寸变化不显著。拉速为1.2 m/min、水口倾角为15°、水口浸入深度为160 mm,较优的吹氩量为4 L/min。研究结果可以为优化工艺参数、防止钢液卷渣、提高铸坯质量提供理论依据。