吹氩连铸结晶器液面波动行为的时频分析

时频分析是一种研究波动信号特征、揭示波动现象内在机理的有效方法。将时频分析方法应用于吹氩连铸结晶器内的液面波动特性研究,采用水模型试验获取液面波动数据进行时频分析,研究吹氩量、拉速、水口浸入深度和结晶器宽度等工艺参数对液面波动行为的影响,探究液面波动的内在机理。结果表明,振幅较高的频率集中在0~2.5 Hz,其中振幅最大的主频率位于0.1 Hz附近,此外1.5 Hz和2.5 Hz处也存在较高的峰值;通过时域分析发现,增大吹氩量和拉速、或减小水口浸入深度和结晶器宽度将加剧液面波动;通过频域分析发现,拉速、水口浸入深度、结晶器宽度与液面波动主频率有较强的关联性,说明三者均与液面波动的主要振动源高度相关。     

方坯连铸过程中拉速波动对结晶器液面波动影响的研究

本文通过从现场采集的24小时连铸生产的结晶器液面波动和拉速波动数据,绘制了结晶器液面即时位置和液面波动随时间的变化曲线,拉速波动曲线,用薄铁片测量了结晶器液渣层的厚度和形状。对比分析了结晶器液面即时位置与液面波动,以及即时拉速和拉速波动的关系,结晶器液面波动等于液面即时位置减去液面平均位置,拉速波动等于即时拉速减去平均拉速,讨论了拉速波动对结晶器液面波动的影响。研究结果表明:结晶器液面波动随拉速的增加或降低而变剧烈,拉速变化在一定程度上影响了结晶器液面波动,但不是惟一的影响因素。     

方坯连铸过程中拉速波动对结晶器液面波动影响的研究

通过从现场S20C中碳钢小方坯24 h连铸生产的结晶器液面波动和拉速波动数据,绘制了结晶器液面即时位置、液面波动曲线和拉速波动曲线,并用薄铁片测量了结晶器液渣层的厚度和形状。讨论了拉速波动对结晶器液面波动的影响。结果表明,结晶器液面波动随拉速的增加或降低而变剧烈,拉速变化在一定程度上影响了结晶器液面波动,但不是惟一的影响因素。     

拉速对小方坯结晶器液面波动影响的数值模拟

利用流体力学软件Fluent建立180 mm×180 mm铸坯结晶器内"钢-渣"两相流模型,对结晶器液面波动行为进行数值模拟,研究浸入式水口自结晶器中心位置偏离量(0~30 mm)和拉速(2.0~3.0 m/min)对结晶器液面波动行为的影响。发现在相同浸入式水口偏离量下增加拉速,钢液面波动的整体趋势增加,且偏移量与拉速越大,液面波动增幅越大;低拉速时,波谷出现在水口边缘,水口周围剧烈波动;高拉速时,波谷出现在结晶器右壁面,使得钢液液面波动加剧,容易产生卷渣。     

不同断面及拉速对结晶器液面波动的影响

针对国内某钢厂1 450 mm×230 mm板坯连铸结晶器生产情况，利用相似原理，建立相似比为0.6的物理模型。采用墨水进行流场显示试验，观察钢液从水口进入结晶器的扩散过程，通过数据采集系统对结晶器液面波动情况进行检测，对所采集液面波动数据采用1/10大波波高进行分析，研究不同断面及拉速对结晶器液面波动的影响，并对不同断面结晶器下所对应的拉速做出优化。结果表明，结晶器两侧的流场轨迹基本对称分布；结晶器宽度和拉速的增加均会导致结晶器液面波动幅度增大，随着结晶器宽度的增加，窄面附近的液面波动波幅增加最小，结晶器水口附近液面波动波幅增加最大；当结晶器拉速增大时，液面波动的剧烈程度基本符合窄面附近处最大、SEN附近处次之、1/4宽面处最小的规律，但在结晶器宽度1 150 mm、拉速1.6 m/min条件下，水口处波动大于窄面附近。在结晶器宽度为1 150 mm、拉速为1.6 m/min,结晶器宽度为1 450 mm、拉速为1.4 m/min和结晶器宽度1 750 mm、拉速为1.2 m/min工况下结晶器液面波动比较合理。     

吹氩连铸结晶器液面波动行为的时频分析

时频分析是一种研究波动信号特征、揭示波动现象内在机理的有效方法。将时频分析方法应用于吹氩连铸结晶器内的液面波动特性研究,采用水模型试验获取液面波动数据进行时频分析,研究吹氩量、拉速、水口浸入深度和结晶器宽度等工艺参数对液面波动行为的影响,探究液面波动的内在机理。结果表明,振幅较高的频率集中在0～2.5 Hz,其中振幅最大的主频率位于0.1 Hz附近,此外1.5 Hz和2.5 Hz处也存在较高的峰值;通过时域分析发现,增大吹氩量和拉速、或减小水口浸入深度和结晶器宽度将加剧液面波动;通过频域分析发现,拉速、水口浸入深度、结晶器宽度与液面波动主频率有较强的关联性,说明三者均与液面波动的主要振动源高度相关。     

连铸结晶器液面波动的模拟

基于Fr-We相似特征数,通过相似比例为0.6的水模型实验,系统地研究了拉速、浸入深度、吹气量、水口直径和侧孔倾角对结晶器液面波动的影响.结果表明:结晶器液面波动是由于气泡的逸出、流股对液面的直接冲击和驻波综合作用造成的;结晶器液面波随吹气量的增加而增大,拉速、浸入式水口的浸入深度、直径及侧孔倾角对液面波动的影响具有双重性.     

电磁搅拌作用下板坯连铸结晶器熔池液面稳定性研究

液面波动是连铸过程的重要问题。推导了电磁搅拌作用下板坯连铸结晶器熔池液面稳定性指数(F)的函数表达式,分析了电磁场、结晶器、水口、浇铸速度等对F数的影响,评估了实际连铸系统工艺参数的稳定性。主要结果:(1)基于自由射流理论,建立了电磁搅拌下板坯连铸结晶器液面稳定性指数的理论公式;(2)各连铸参数按照影响液面稳定性由大到小排序依次是:磁感应强度、水口浸入深度、拉坯速度、板坯宽度、搅拌频率、水口倾角等;(3)对于厚度为230 mm的板坯连铸,现有各种板宽—拉速匹配下的F数均处于3~5之间,但在宽板宽—低拉速时参数优化的稳定性空间更大。     

MCCR产线低碳钢高拉速技术研究与应用

通过统计和分析现场数据,得出限制MCCR薄板坯连铸连轧低碳钢拉速提高的主要因素为结晶器热像图中的冷齿和结晶器液面波动,对冷齿和液面波动的成因进行研究,并提出有效控制措施。研究结果表明,结晶器热像图中的冷齿与结晶器弯月面凝固收缩特性相关,受冷却铜板厚度、碳当量、拉速及保护渣影响,反映到铸坯实物上为凹陷或者裂纹缺陷,需合理匹配形成最优参数组合,以降低因冷齿造成的漏钢风险。当结晶器铜板厚度减薄量在6.7%以内时,一冷水维持原设计流量;当结晶器铜板厚度减薄量在6.8%～11.1%时,拉速4.0 m/min以上时需降低10%的一冷水流量;当结晶器铜板厚度减薄量在11.2%～15.6%时,所有拉速下需降低18%的一冷水流量,同时使用高碱度B型保护渣。针对高拉速下结晶器液面波动问题,通过数值模拟研究浸入式水口插入深度、拉速、结晶器断面宽度及电磁制动等参数对结晶器内流场和温度场的影响规律,得到不同拉速和不同断面条件下电磁制动电流的合理配置,使得拉速达到5.5 m/min时钢液面最大流速仍小于0.3 m/s。上述研究结果应用后,结晶器冷齿问题得到有效缓解,110 mm厚的薄板坯最高拉速达到5.8 m/m...     

太钢二炼钢结晶器液面波动的水模拟研究

对太钢二炼钢结晶器进行了水模拟实验,研究了水口倾角、水口浸入深度及拉速对结晶器液面波动的影响.根据实际生产情况,实验中拉速取值0.8 m/min、0.85 m/min、0.9 m/min;倾角取值10.、12.、15.;浸入深度取值60～160 mm(间隔20 mm).研究发现水口倾角、拉速对结晶器液面波动的影响较小,水口浸入深度对结晶器液面波动的影响较为显著,根据试验结果,将水口浸入深度由110mm调整为130 mm,OCrl8Ni9不锈钢冷轧板降级比例从6.38%降低到了4.80%.     

Numerical Simulation of Influence of Casting Speed Variation on Surface Fluctuation of Molten Steel in Mold

The influences of casting speed variation on surface fluctuation of the molten steel in mold during continuous casting were investigated with numerical simulation method.It was found that when the casting speed was evenly decreased from 1.4 m·min-1 to 0.6 m·min-1,the increase of the surface fluctuation of the molten steel in mold was observed only on time that was at the start of casting speed change.While,in experiment of increasing casting speed evenly from 0.6 m·min-1 to 1.4 m·min-1,the increase of the surface fluctuation of the molten steel in mold was observed only at the time when the casting speed was stopped to increase after it had been increased to 1.4 m·min-1.For surface fluctuation of the molten steel in mold which was produced during the casting speed evenly increasing or decreasing period and at the time when increasing or decreasing the casting speed at low casting speed level(0.6 m·min-1),the influence of casting speed change is very small.In addition,it is found that,at high casting speed level(1.4 m·min-1),even a little change of casting speed could result in remarkable increase of the surface fluctuation.Thus,at high casting speed,changing casting speed should be avoided or much slower speed changing rate should be used.     

方坯连铸机结晶器内钢水液面自动控制系统技术设计研究

钢水在方坯连铸机结晶器内的液面自动控制系统：采用同位素铯137作为放射源,带闪烁体的高灵敏度传感器接收放射源发出的γ射线,穿过钢水的γ射线与钢水的液面成反比。传感器将γ射线转化为电信号,通过传感器连续测量结晶器内的钢水液位高度,二次仪表智能化处理后向液位调节系统输出随液位高度变化的电压或电流模拟量,送给PLC,通过调节控制塞棒升降控制液位高度,或者信号经处理后送给拉矫机变频系统,来自动控制拉坯速度,使钢水液面保持在预定的高度。     

攀钢连铸机结晶器冷却能力的研究

通过测定结晶器中钢液凝固坯壳厚度,研究了结晶器中钢液凝固系数变化情况,结合对漏钢时坯壳的解剖分析,评价了现有的铸机结晶器的综合冷却能力,为铸机高拉速生产提供了重要依据。     

基于数值模拟的结晶器卷渣在线预测方法

 结晶器保护渣卷入到钢液中后容易被生长的凝固坯壳捕获,最终在冷轧板上形成由卷渣引起的表面缺陷,会严重恶化钢产品的质量。结晶器液面卷渣现象受到钢液成分、温度、流动方式和吹氩流量的影响。结晶器表面钢液流速大小是反映钢渣界面是否发生卷渣的重要参数,但在实际浇铸过程中,不能在线预测不同拉速、吹氩流量和水口浸入深度下结晶器表面钢液的最大速度。提出一种基于板坯连铸结晶器内多相流动数值模拟的结晶器卷渣在线预测方法。首先,建立结晶器内三维多相流动数学模型,模拟不同拉速、吹氩流量和水口浸入深度下的钢液流动行为;其次,对计算得到的表面钢液流速的最大值进行拟合,得到固定浇铸断面下结晶器表面最大流速的预测公式;最后,通过某钢厂的插钉板工业试验验证了所提方法的准确性。研究发现,不同浇铸参数下表面钢液流速沿结晶器宽度方向呈现先增加再减小的变化趋势,在结晶器宽度1/4位置具有最大值。钢液流速在较小和较大拉速下分别在窄面和水口附近具有较大值;在较小和较大吹氩流量下分别在水口和窄面附近具有较大值;随着水口浸入深度增加,钢液流速在水口和窄面附近变化较小。基于拟合的钢液流速公式,通过比较最大钢液流速与钢渣界面发生卷渣的临界流速,实现了结晶器卷渣的在线预报。     

立式组合电磁制动对CSP结晶器内钢液流动及偏流控制

紧凑型带钢(CSP)薄板坯连铸结晶器在浸入式水口下方设置水平式的全幅一段电磁制动器(Ruler-EMBr),在进一步提高薄板坯连铸拉坯速度的情况下,不能有效控制CSP结晶器自由表面的钢液流速和液面的稳定性.为此提出一种新型的立式组合电磁制动(VC-EMBr)技术,并利用商业软件ANSYS FLUENT数值模拟研究了全幅...     

板坯连铸结晶器流场及液面波动的水模研究

以我国实际生产的某连铸结晶器为原型,建立1∶1有机玻璃水模型,研究了不同结晶器断面、不同中间包液位下,板坯连铸结晶器流场形态和结晶器液面波动情况,研究发现中间包液位的变化对结晶器液面流场和波动产生影响;同时中间包液位改变了水口出口的压力和流速,进一步影响结晶器流场和液面波动.实验工况条件下,最佳中间包液位的稳定高度为800 mm.建议生产过程稳定控制中间包液位,以提高连铸坯质量.     

Numerical Analysis of Electromagnetic Field and Flow Field in High Casting Speed Slab Continuous Casting Mold With Traveling Magnetic Field

 A three-dimensional mathematical model for describing the electromagnetic field and flow field of molten steel in high casting speed slab continuous casting mold with electromagnetic level stabilizer (EMLS) system was developed, in which the effects of current intensity and frequency on the electromagnetic field and flow field were considered. Simulation results indicate that the electromagnetic force (EMF) along the mold width direction presents the centre-symmetric double-peak parabola distribution. The EMLS system leads to the flow velocity of molten steel decreases, especially near the free surface. Both the EMF increases with the current intensity and frequency (in the range of optimum frequency value), so the flow velocity of molten steel in the mold decreases obviously. As the current intensity increases from 800 A to 1000 A, the maximum free surface velocity decreases from 0.515 m/s without magnetic field to 0.155 m/s and 0.12 m/s, respectively. While the current frequency increases from 2 Hz to 6 Hz, the maximum surface velocity decreases from 0.177 m/s to 0.101m/s. The molten steel flow in mold is influenced obviously by the current intensity and frequency.     

浸入式水口对82B钢方坯渣沟缺陷的影响

 为了解决82B钢连铸坯表面出现渣沟的问题,以提高钢渣界面温度、改善保护渣的熔化与润滑效果为出发点,对连铸现场180 mm×180 mm小方坯结晶器建立三维数学模型,对比施加电磁搅拌工艺不同直通型浸入式水口下结晶器内流场和温度场分布。计算结果表明,当水口内/外径由40/100 mm变为30/70 mm后,水口两侧流速大于0.15 m/s的流场区域扩大,水平截面环流最大流速由0.44 m/s降低至0.42 m/s,这表明流股对四周壁面的冲刷作用减弱;钢液面最大流速由0.12 m/s增大至0.15 m/s,高温区域范围扩大。综合效果显示,水口内外径减小对结晶器内的流场影响较小,钢渣界面附近钢液温度提高。现场试验统计表明,水口内外径减小后,保护渣消耗量由吨钢0.189 kg提高到0.228 kg,钢液面处保护渣的熔化良好,润滑效果得到了改善。配合保护渣优化等措施,铸坯表面渣沟发生率明显下降,由改进前的40%~50%降低到改进后的1%以内。     

高拉速板坯连铸结晶器浸入式水口的水模型研究

利用染料示踪法,采用波高传感器和旋桨式流速仪在全比例水模型中研究了四种浸入式水口(A型:凹型,15°(上角度)-15°(下角度);B型:凸型,15°-15°;C型:凹型,40°-15°,D型:凸型,40°-15°)下板坯连铸结晶器内的流场和液面特征.发现采用凹型水口时结晶器液面的波动与表面流速均小于凸型水口.凹型水口F的表面流速变化的功率(频率为0.03~0.1Hz)比凸型水口小约50%,所以凹型水口更有利于减少结晶器内卷渣的发生.在高拉速条件下(拉速为1.8m·min^-1,较大的水口出口上角度有利于抑制水口出口流股的漩涡流,进而减少剪切卷渣的发生.四种水口中C型水口条件下结晶器液面的表面流速最小,约为0.27m·s^-1,为提高拉速留有较大余地,所以适合高拉速连铸的最佳浸入式水口为C型.     

SS400连铸坯纵向裂纹研究

分析了SS400出现纵向裂纹的原因为晶粒粗大,组织疏松,浇铸温度过高,浇铸过程中形成了成分偏析,拉速与保护渣粘度匹配不合理,浇铸过程中水口插入太深,导致保护渣被卷入板坯形成夹杂物,结晶器铜板厚度不合理。通过控制钢中[C]、[P]、[S],稳定拉速,浇铸速度,选择合适的结晶器及保护渣,控制二冷水的水量及强度,保持水口插入深度在钢液面10 mm以下,控制浇铸温度和板坯宽度等措施,纵向裂纹得到有效控制。