吹氩结晶器内钢渣界面氩气泡行为研究

吹氩结晶器内钢渣界面氩气泡的行为对液态保护渣的乳化有重要影响,与钢渣界面处气泡大小、数量及上浮速度等因素有关。因此,本文建立了原型与模型相似比为1∶0.6的板坯结晶器水模型,研究了吹氩量、拉速、水口浸入深度和侧孔倾角对结晶器内钢渣界面氩气泡行为的影响。结果表明,增大吹氩量,从水口到结晶器窄面上浮气泡平均尺寸减小趋势愈加明显,水口附近气泡数量增多且上浮速度逐渐增大,结晶器窄面附近气泡数量有所增加,气泡上浮速度逐渐减小;增大拉坯速度,结晶器内气泡尺寸减小,气泡数量增加,水口附近气泡上浮速度呈减小趋势,窄面附近气泡上浮速度则逐渐增大;增大水口浸入深度,气泡平均尺寸呈减小趋势,水口附近气泡上浮速度略有增加,窄面附近气泡上浮速度先增大后减小;增大水口倾角,气泡直径峰值逐渐减小,窄面附近气泡上浮速度先增加后减小     

400 mm特厚板坯窄面鼓肚原因分析与控制实践

以南阳汉冶特钢400 mm×2 700 mm连铸坯窄面鼓肚为研究对象,结合生产实际,分析了结晶器冷却强度、结晶器锥度、结晶器足辊长度对窄面鼓肚的影响。提出了防止特厚板坯窄面产生鼓肚的措施,有效解决了400 mm特厚板坯窄面鼓肚现象。指导特厚板坯连铸机的改造与连铸生产。     

特厚板坯结晶器截面尺寸对其流场和温度场的影响

建立了特厚板坯结晶器三维流动、传热和凝固耦合数学模型。根据不同规格板坯实际工况,对比分析了特厚板坯结晶器宽度和厚度变化对结晶器内流场和温度场的影响。结果表明,结晶器宽度增加时,流股冲击深度增大、冲击强度减小。特厚板坯连铸过程中液面流速较常规板坯偏低,流速随宽度增大而减小,水口附近存在低流速区,不利于保护渣的熔化。宽度增加时坯壳的厚度趋于均匀,中心流股对坯壳的冲刷强度是影响坯壳均匀性的主要原因。结晶器厚度增加时,流股冲击深度基本一致,冲击速度下降,液面流速亦随之减小。厚度增加时坯壳不均匀性呈增大趋势,温度场均匀性是影响坯壳均匀性的主要原因。     

不锈钢板坯宽度对结晶器内钢水流动和温度状态影响

利用数值模拟方法对比分析了不同不锈钢板坯宽度下结晶器内钢水流动和温度分布情况。结果表明,在同一浸入式水口结构和工艺参数条件下,随着结晶器宽度的增加,侧孔注流在窄面的冲击位置下降,冲击强度减弱,钢液面处钢水卷渣和液面裸露的几率减小,但液面处钢水温度降低。其中,当铸坯断面大于1360mm时,结晶器内钢水对窄面中心的冲击速度和钢液面处钢水表面流速变化不大。综合表明,该水口浇注不锈钢板坯的适宜宽度范围为1360～1600mm.     

水口浸入深度与拉坯速度对电磁制动下板坯结晶器内金属流动的影响

以水银为实验工质,通过物理模拟考察板坯连铸电磁制动时,水口浸入深度和拉坯速度对结晶器内液态金属流动的影响规律.采用超声波多普勒测速仪测量了在结晶器上部磁场B1 =0.18 T和下部磁场B2=0.5T的情况下,板坯结晶器(模型)内水银的流速分布.实验表明:(1)加大水口浸入深度整体上使液面水平流速下降,且提高该流动的稳定性(湍流度降低);而当水口浸入深度过深时,会引起液面水平流向改变.(2)水口出流的射流流速及其对结晶器窄面的撞击强度,以及液面的水平流速与其湍流度依然随拉坯速度提高而增强;同时,结晶器窄面附近上、下回流区金属液的铅垂速度均趋增大,且上回流区金属液对窄面冲刷的相对强度表现为先升高后降低,而下回流区金属液对窄面冲刷的相对强度则呈持续增强趋势.     

厚板坯连铸结晶器的浸入式水口优化

对断面尺寸为250 mm×1550 mm厚板坯结晶器进行了水力学模拟试验,研究了浸入式水口结构及工艺参数对结晶器内液面波动及流场的影响,并针对现有水口下出现的铸坯角部夹渣及表面质量问题,对水口结构进行了优化。结果表明:水口结构对液面波动影响较大。同种工况下,S1水口的流股到达窄边的冲击速度最大,达到0.29 m/s,冲击深度最小,S1水口的液面波高比其他水口大。S1水口为较优水口,推荐的浸入深度为110~150 mm,吹气量为7~9L/min。     

水口浸入深度对CSP结晶器内流场的影响

为了解决高拉速生产条件下CSP板坯表面质量问题,利用数值计算软件FLUENT针对某厂CSP连铸机水口插入深度对结晶器流场及液面波动的影响进行了数值模拟研究。研究结果表明,不同的水口浸入深度结晶器内流场基本相同,增加水口浸入深度对结晶器流场影响不明显,水口浸入深度的大小直接决定了从水口流出的流股撞击结晶器窄面位置的高低,同时得出,当水口浸入深度从300、340增大到380 mm时,液面处最大流速分别为0.180、0.160和0.127 m/s;增大水口浸入深度,结晶器上回流对结晶器液面的扰动将减弱,对应的卷渣次数减少。     

连铸板坯表面夹渣缺陷的成因及控制

对连铸生产的板坯表面夹渣缺陷的产生原因进行了对比研究。结果表明,夹渣缺陷主要由连铸过程中结晶器卷渣造成的。通过采取防止水口面氧化、减少结晶器液面波动、防止浸入式水口堵塞、选择合理的水口浸入深度、优化保护渣和覆盖剂性能、合理控制拉速、减小结晶器振幅、选择合适的结晶器水量、优化职工操作等措施,最终使夹渣率由3.9%降至1.5%,取得良好的控制效果。     

1900 mm板坯连铸黏结现象减少措施实践

对1 900 mm板坯连铸黏结现象形成的原因进行了分析.结果 表明,造成黏结的主要原因是初生坯壳与铜板间的保护渣不能起到良好的润滑和传热作用.通过优化保护渣性能、改变结晶器铜板镀层材质、防止结晶器渗水、选择合适的水口浸入深度和水口底部倾角、选择合适的三路氩气流量、规范钢液过热度控制、恒拉速浇注、规范工操作等措施后,1 ...     

厚板坯角部凹陷裂纹的控制措施

角部凹陷裂纹是厚板坯连铸生产中常见的质量缺陷,随着板坯厚度的增加,角部凹陷裂纹发生率不断提高,已成为制约厚板坯质量提升和品种开发的重要因素。针对260 mm×2 800 mm、320 mm×2 800 mm断面板坯,研究了角部凹陷裂纹出现的位置、形貌及组织,分析了铸坯角部在结晶器内的凝固收缩行为的影响因素,获得了厚板坯角部凹陷裂纹控制方法。通过研发曲面窄面铜板结晶器,适应坯壳在结晶器中的收缩;增加窄边足辊对数延长二冷区冷却时间;提高保护渣黏度以增加结晶温度和传热性能;调整结晶器振动参数等控制措施,有效解决了厚板坯角部凹陷裂纹的难题,260 mm×2 800 mm与320 mm×2 800 mm角部凹陷裂纹的发生率分别降低至0.41%和0.86%,为板坯热装热送创造了有利条件。     

薄板坯连铸机高拉速下铸坯表面质量控制实践

针对薄板坯连铸机高拉速生产过程中存在的板坯表面纵裂纹缺陷、结晶器液位波动和结晶器宽面铜板低寿命等问题,自主开发了高拉速系列化保护渣技术、高拉速浸入式水口技术、高拉速结晶器铜板技术。薄板坯连铸机的拉速达到6.0 m/min,铸坯表面纵裂纹缺陷比率降低了90%,板坯表面质量满足品种开发和产品质量要求。     

连铸板坯宽面边部纵向凹陷的预防

国内钢厂连铸板坯生产过程中,铸坯宽面边部纵向凹陷频发,严重时影响了连铸坯的表面质量,并造成轧材缺陷。主要分析了连铸板坯宽面边部纵向凹陷的形成原因,讨论了影响边部纵向凹陷产生的因素。结合生产现场试验,通过优化结晶器流场、优化结晶器锥度以及加强结晶器足辊段窄面的冷却强度等一系列有效的措施,使连铸板坯宽面边部纵向凹陷得到了有效的预防,连铸坯表面质量显著改善。     

水口侧孔角度对不锈钢板坯连铸结晶器内流场和温度场的影响

利用数值模拟方法对比分析了不同浸入式水口倾角角度下结晶器内钢水流场和温度场的分布情况。结果表明,在同一结晶器断面宽度和工艺参数条件下,随着水口侧孔倾角角度的增加,侧孔注流在窄面的冲击位置上升,冲击强度减小,钢液面处钢水卷渣和液面裸露的几率增加,钢液面处钢水温度增加。其中,当水口侧孔角度为向上0°和5°时,钢液面处钢水表面流速变化相对较小,说明对于该断面不锈钢板坯,水口侧孔倾角角度在0°～5°范围内时在利于铸坯质量的提高.     

水口位置对电磁偏心搅拌作用下大圆坯连铸结晶器内流动及传热的影响

为消除电磁偏心搅拌给φ380 mm断面圆坯质量造成的不利影响,采用数值模拟方法研究了水口位置对大圆坯连铸结晶器和足辊区内钢液流动和传热的影响。结果表明:在电磁偏心搅拌作用下,大圆坯外弧侧更大的电磁力使从水口进入结晶器的钢液流向外弧侧,并使外弧侧钢液温度升高。将水口向内弧侧偏移后,水口内钢液流向内弧侧,碰到结晶器壁后形成一个较大的回流区,结晶器上部回流区缩小;钢液温度尤其是弯月面处钢液温度明显降低,同时内、外弧侧钢液温差增大。虽然改变水口位置有利于消散钢液热量,但不利于保护渣熔化且增加内、外弧钢液温差,所以改变水口位置的方法不宜用于消除电磁偏心搅拌的不利影响。     

宽断面板坯结晶器内钢水流动、传热和凝固过程的数值模拟

建立了求解宽断面板坯结晶器内的钢液流动、传热和凝固数学模型,研究了不同浸入式水口结构、铸坯宽度、铸坯厚度和拉速等工况条件下,宽断面板坯结晶器内的流动、传热和凝固行为。结果表明：随着铸坯的宽度从1 800 mm增加2 200 mm时,从浸入式水口侧孔出来的射流在结晶器下部的影响范围更广;宽断面结晶器中的浸入式水口结构对不同铸坯断面和拉速下的流动和凝固行为产生较大的影响;在生产中需根据宽断面结晶器的流动及传热特点进行水口结构及工艺参数的优化。     

微合金化钢连铸坯边角部无缺陷生产技术开发

以邯宝炼钢厂板坯连铸机为依托,以实际生产的典型铌、钒、钛微合金化钢为研究对象,系统研究了板坯表面裂纹缺陷形成机理,确定了倒角结晶器窄边铜板的最佳角度和最佳倒角长度;设计并开发了具有组合式冷却水道的倒角结晶器窄面铜板,适用于带倒角连铸坯的新型支撑足辊系统;结晶器窄侧锥度的设计及应用管理,有效支撑了带倒角连铸坯的窄边,解决了角纵裂及角纵裂漏钢的难题,提高了结晶器窄边铜板的使用寿命,同时为连铸的高拉速提供了保证。项目突破了倒角结晶器技术工业化应用的技术瓶颈,从根本上解决了微合金化钢连铸板坯角部横裂纹问题,成功实现了大规模工业化稳定生产。     

不同倒角结晶器内特厚板坯的凝固收缩行为

为研究结晶器窄面铜板不同倒角条件下特厚板坯在结晶器内的凝固收缩行为,采用ABAQUS软件建立了二维瞬态热力耦合有限元模型,通过编制用户子程序模拟计算了铸坯在结晶器内的温度和应力分布情况。模型较全面地考虑了保护渣和气隙对传热的影响。数值模拟结果表明：结晶器窄面铜板倒角过大或过小,都不利于铸坯温度的均匀分布;对断面厚度为420mm的铸坯,倒半径为24mm圆角时,铸坯表面温度分布最均匀,最大平面主应力分布较合理,角部出现横裂纹的可能性会极大降低。     

宽厚板坯连铸结晶器内的钢液流场的数值模拟

基于流体力学的基本理论,针对连铸结晶器的结构和工艺参数,利用商业软件fluent的k-ε湍流模型,实现了对结晶器内钢液流场的三维数学模拟。重点分析了浸入式水口的插入深度、水口侧孔倾角以及拉速等工艺参数对结晶器钢液流场的影响。结果表明：对于断面为2300mm×250mm的板坯结晶器,水口插入深度为150mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1.2m/min时,结晶器内的流场较好。数值模拟结果可为宽厚板坯连铸结晶器确定合理工艺参数提供理论依据。     

大板坯连铸结晶器内熔体流动的DPIV物理模拟

采用DPIV技术(粒子图像测速技术)对大板坯连铸结晶器内熔体的流动进行了物理模拟。通过测试分析结晶器内流场,描述了结晶器内熔体流动的基本特征,研究了浸入式水口结构、浸入深度、拉坯速度对结晶器流场的影响。TECPLOT作为后处理软件进行速度向量、流线和各种等值云图的计算与分析,从而揭示金属液流动的规律,以便有目的地控制流动和水口工艺,改善连铸坯的组织性能。结果发现,0°水口与15°水口相比,流体在结晶器上部向上流动的趋势更加强烈,而冲击深度变浅;随着水口浸入深度的增加,液面流速降低,液面附近向上运动的回流范围变得越来越大,向下回流的涡心位置下移。试验表明:液面高度要控制在100～150mm;拉坯速度增加时,结晶器内的流速随之增大,自由表面变得更加不稳定,同时液流对窄面的冲击能量增强。     

结晶器保护渣卷渣临界条件的分析

通过物理模拟对结晶器保护渣的卷渣情况进行了分析研究,得出:低粘度保护渣发生卷渣的临界表面流速为87.7 mm/s,保护渣浸入结晶器液面的临界深度为22 mm;高粘度保护渣发生卷渣的临界表面流速为101.2 mm/s,保护渣的临界浸入深度为25 mm。当表面流速大于对应的临界值,从而使得保护渣的浸入深度超过临界深度时,才可能发生卷渣现象;结晶器卷渣一般发生在距结晶器窄面1/3的位置处。