水口吹氩工艺板坯结晶器内气泡运动行为的物理模拟

以1300 mm × 230 mm板坯连铸结晶器的相似比0.4的物理模型,研究了拉速1.1 m/min、水口插入深度160 mm、水口吹气量0～15 L/min时连铸结晶器内气泡的运动行为,及其对钢液流股冲击深度、液面波动和液面裸露的影响。实验结果表明,随水口吹气量增加,结晶器内气泡的数量和尺寸都有所增加,气泡在钢液内水平方向扩散范围增大,且气泡最大穿透深度亦增加;当水口吹气量增大到5 L/min时,气泡逸出后在液面由全部向水口方向运动变为以集中逸出位置为中心的四散运动。     

高速摄像技术在研究板坯结晶器水模内气泡运动的应用

高速摄像是先进的图形显示测量技术,在各种实验研究中都有广泛应用.本文针对水口吹气条件下板坯结晶器水模内的气泡行为进行了测定,得到了直观的准确的气泡运动数据.结果表明,上回流区内绝大多数气泡的运动轨迹是类似的,呈现类似"L"的形状.气泡以一种近似匀速运动的方式完成上浮过程.     

板坯连铸结晶器水模内气泡运动的实验研究

使用高速摄像仪采集了板坯连铸结晶器水模内气泡运动的图像,对图像进行了数字处理．结果表明,含气率在结晶器流场内上回流区和射流区呈现“L”形分布;在下回流区呈“V”形分布．本实验条件下气泡的算术平均直径为2．6mm,不同气量对气泡大小分布几乎没有影响．分区域讨论气泡的表观速度分布比全流场研究更加合适．     

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%。     

板坯结晶器水模型内气泡运动行为的数学模拟

建立了吹氩板坯结晶器水模型内气泡运动行为的数学模型.以水模型实验获得的整个结晶器内各气泡尺寸和数量浓度为气泡的初始条件,对不同尺寸气泡的运动行为进行数值模拟.结果表明:当水流量为2.54 m3/h,气流量为0.037m3/h,水口浸入深度为78 mm时,气泡都分布在上回流区,没有卷入下回流区.较大的气泡在水口附近上浮,较小的气泡在距离水口较远的区域上浮.这和实验结果相吻合.     

板坯结晶器内吹氩工艺研究

阐述了使用水模研究结晶器吹氩的方法,并在全比例水模型上采用15°凹底水口进行模拟,着重研究结晶器吹氩对板坯结晶器内钢/渣界面流态的影响,以及结晶器宽度、拉坯速度、水口浸入深度等工艺参数对结晶器内气泡分布的影响.     

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.     

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。     

长水口吹氩生成微小气泡工业实验研究

在连铸生产中采用大流量长水口吹氩,并采用“冷钢片沾钢法”沾取中间包钢液试样,成功沾取了中间包钢液中微小氩气泡。冷钢片沾样表面气泡为中间包上部钢/渣界面和炉渣中氩气泡,尺寸主要位于1.0~3.0 mm,但该尺寸不能反映中间包钢液内部长水口吹氩生成气泡,冷钢片沾样内部气泡为钢液内部长水口吹氩生成的气泡。结合扫描电镜和共聚焦显微镜对沾取试样内部气泡形貌、尺寸和数量进行了分析,结果表明大部分气泡为独立圆形气泡,偶见少量粘连和聚合气泡;钢液内部氩气泡尺寸主要位于100~1000 μm,平均尺寸为500 μm左右;气泡在长水口出口及其下方较为弥散,气泡数量可达15.2 cm⁻²。采用扫描电镜结合能谱分析,发现部分气泡内粘附有夹杂物,有些气泡粘附多个夹杂物;气泡粘附Al₂O₃夹杂物的几率高于粘附CaO(‒MgO)‒Al₂O₃‒SiO₂复合夹杂物的几率。     

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工艺对铸坯质量的影响。进行了实验室物理模拟,实施了改进浇注条件下单流连铸机稳态与非稳态下的现场试验研究。分析结果表明,目前在连铸板坯浸入式水口吹氩工艺设置上存在一定误区,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为实际控制时的间接参考依据。实际吹氩量标准大断面临界吹氩量可稍大,同样断面条件下,高拉速吹气量设置小而低拉速则吹气量设置大。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,可减少铸坯针孔等缺陷的产生。     

板坯连铸结晶器保护渣卷渣及其影响因素的研究

对板坯连铸结晶器保护渣卷渣进行的水力学模拟研究结果表明,主要有三种类型的卷渣,即窄边附近的剪切卷渣、浸入式水口附近的旋涡卷渣和水口吹入的氩气泡上浮冲击钢渣界面引起的卷渣.拉速增加、减少浸入式水口浸入深度、减小水口出口倾角和增加吹入的Ar流量均会加大表面流速和液面波动,增大结晶器内卷渣的倾向,而其中拉速增加对卷渣的影响最大.当结晶器宽度为1 900 mm、采用1.4 m/min的拉速时,选择向下25°的水口出口角度、250 mm的水口浸入深度和10 L/min的Ar流量可将板坯结晶器内流场的表面流速和液面波动控制在合理的范围内,从而减小和避免结晶器内卷渣.     

高效板坯连铸结晶器集成技术

阐述并分析了高效连铸结晶器的关键技术,重点介绍了高效板坯连铸结晶器集成技术研究开发的主要内容,指出开发和应用高效板坯连铸结晶器集成技术对提高我国板坯连铸的整体水平具有重要意义。     

无氟板坯连铸结晶器保护渣的研究

针对无氟保护渣开发的关键问题一一如何有效地控制结晶器传热,发现了一种代替保护渣中枪晶石的析晶物。当析晶替代物加人量大于4％时,随着加人量的增加,熔渣析晶温度和析晶率明显增大,结晶器进出水温差减小。同时,在0～8％的析晶替代物加入量范围内,无氟渣的熔点和粘度变化均满足连铸工艺要求。在重钢2号板坯铸机上浇铸中碳包晶钢结果表明,所开发的无氟保护渣使用效果优于有氟渣。     

薄板坯连铸技术的最新进展

阐述了国内外薄板坯连铸技术的最新进展,列举了近年来典型的新建或改造的薄板坯连铸机的技术装备和生产现状,指出了薄板坯连铸将向高拉速、稳定化方向发展。     

薄板坯连铸结晶器流场模拟和验证

针对薄板坯连铸结晶器内钢液的流动特征,利用有限差分方法对薄板坯结晶器内钢液的流动进行了模拟,建立了结晶器内三维流动的数学模型,模拟了复杂水口结构对结晶器中钢液流动的影响。通过水力学模拟对流场模拟进行了验证。结果表明：流场模拟能够准确反映具有复杂水口结构特点的结晶器中的流动现象。     

薄板坯连铸无取向电工钢用保护渣的研究

针对薄板坯连铸无取向电工钢钢种及相应的结晶器保护渣特点,分析了保护渣理化性能与无取向电工钢增碳及浇注过程中结晶器热流的关系.研究发现,通过降低渣中配碳量(w(C)＜2%),并控制液渣层厚度保持在5～10 mm等方法,可有效防止保护渣引起的增碳;通过调整保护渣理化性能即降低保护渣的碱度和熔化温度的方法,可以提高无取向电工钢浇注过程中的结晶器热流,获得能够实现浇注过程中热流稳定、不引起增碳、板卷质量良好的无取向电工钢结晶器保护渣理化性能指标.     

宽板坯结晶器保护渣的开发

宽板坯连铸与常规板坯连铸相比有着较大的差异.通过对保护渣理化性能、绝热保温性能的研究,确定了适合于宽板坯中碳钢连铸用保护渣的理化指标,并开发出XCN-Z型保护渣.工业应用表明:研制的XCN-Z型宽板坯连铸用保护渣使用效果好,能满足拉速为1.3～1.5 m/min的中碳钢中厚板坯连铸连轧的要求.     

连铸板坯气泡的成因及控制

在分析铸坯表面气泡形成原因的基础上,通过控制塞棒和中包上水口向结晶器的氩气吹入量等相应措施,达到降低铸坯表面气泡数量的目的.措施实施后,铸坯外观质量得以明显改善.     

宽板坯结晶器浸入式水口结构优化的数值模拟

以某钢厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用商业软件PHOENICS建立一个三维有限差分模型,模拟宽板坯连铸结晶器内钢液的流动分布.通过分析水口底型、倾角、插入深度等工艺参数对钢液面波动、流股对结晶器窄面的冲击力及涡心高度的影响,得出适用于宽规格结晶器的合理的浸入式水口.通过研究,为优化宽板坯结晶器内钢液的流场及浸入式水口的设计提供了科学依据.