矩形钢坯结晶器浸入式水口结构设计与优化

以某公司矩形钢坯连铸机结晶器为研究对象,利用数值模拟和物理模拟相结合的方法,对结晶器内钢液流动及温度分布进行系统分析,分别计算不同浸入式水口倾角、浸入深度、拉速等条件下结晶器内钢液流动状态及热流分布,并对相应的工艺参数进行优化. 结果表明,对于断面为150 mm′330 mm的矩形坯,最优的结晶器浸入式水口侧开孔形状为跑道形,内径30 mm,侧开孔角度25o.     

采用水模拟进行浸入式水口到结晶器的钢水流分析

采用水模拟和计算机模拟的流动分析，研究了浸入式水口流出孔及面内底部形状对钢水流的影响，并对两种方法的分析结果进行了比较。     

吹气式浸入式水口的透气性

1 前言 连铸工艺中使用的吹气式浸入式水口,其Al_2O_3附着及夹杂物成了阻碍全连铸和造成钢坯质量缺陷的原因。为了防止Al_2O_3附着及促使夹杂物上浮,浸入式水口具有通过其内壁吹人惰性气体的功能,由于这种类型水口的透气性对钢质量的影响很大,所以对这种特性进行控制是极其重要的。 以前关于透气性已有很多报道,但这次研究的是透气质碳材料对该种浸入式水口狭缝内孔材质透气性的效果,其内容报道如下。     

防止氧化铝附着的新型浸入式水口

浸入式水口是连铸生产中最关键的功能耐火材料 ,是影响连铸效率和钢坯质量的重要因素之一。在浇注铝镇静钢等钢种时 ,由于钢水中的脱氧剂铝氧化产生的Ａｌ2 Ｏ3 不断沉积附着在水口内壁上 ,使水口出现偏流甚至堵塞 ,既影响多炉连铸的进行 ,又造成钢中夹杂异物。我们从优化水口内衬的化学组成入手 ,研制出一种防止氧化铝附着的新型浸入式水口 ,并且与ＣａＯ -ＺｒＯ2 -Ｃ质内衬的防堵水口进行了使用对比试验。1　试验与研制浸入式水口的内衬在使用温度下能否产生液相 ,是浸入式水口能否防止氧化铝附着的关键。为此 ,我们以锆莫来石粉 (≤ 0 .…     

双辊薄带铸轧熔池内流场和温度场数值模拟

以带宽1000 mm,辊径600 mm的双辊薄带铸轧过程为研究对象,基于Fluent软件,建立了薄带铸轧熔池三维有限体积模型,对其中钢液流动状态及传热进行数值模拟,并考察了新型浇铸系统结构、布流器开孔倾角、铸轧速度、过热度及冷却强度对铸轧AISI304不锈钢熔池的流场和温度场的影响.结果表明,采用浸入式水口,多孔布流器,导流坝以及分流体组合的新型浇铸系统,且水口浸入布流器熔池内,布流孔向上倾角15o~18o,铸带速度在60~80m/min,熔池自由液面湍流动能最大值为0.0175 J/kg,熔池表面温差低于20 K,钢液与铸轧辊接触面能稳定形成大于0.6 mm的凝固坯壳.     

防止氧化铝附着的新型浸入式水□

浸入式水口是连铸生产中最关键的功能耐火材料,是影响连铸效率和钢坯质量的重要因素之一.在浇注铝镇静钢等钢种时,由于钢水中的脱氧剂铝氧化产生的Al2O3不断沉积附着在水口内壁上,使水口出现偏流甚至堵塞,既影响多炉连铸的进行,又造成钢中夹杂异物.我们从优化水口内衬的化学组成入手,研制出一种防止氧化铝附着的新型浸入式水口,并且与CaO-ZrO2-C质内衬的防堵水口进行了使用对比试验.     

MOGUL砌衬的浸入式水口

浸入式水口在结晶器中能控制钢水流动。研究对比了环状阶梯式浸入式水口和MOGUL砌衬的浸入式水口,用水模型试验检测了MOGUL结构特性,指出MOGUL浸入式水口对抑制水口和结晶器内的偏流非常有效,同时还可以改善钢质量。     

连铸用无碳功能耐火材料的研究进展

介绍了汽车钢板的发展趋势及其对纯净钢冶炼的要求 ,详细分析了目前钢包和中间包用含碳耐火材料的使用情况及对钢水和钢坯增碳的影响。综述了无碳浸入式水口、长水口、滑板的研究和使用现状 ,并探讨了无碳功能耐火材料的发展趋势     

薄板坯连铸用浸入式水口的性能与使用

针对薄板坯连铸用浸入式水口的使用条件,选择了水口不同部位的材质。以板状刚玉、氧化铝粉、锆莫来石、电熔稳定氧化锆、电熔镁砂、天然鳞片状石墨等为原料制备了浸入式水口,重点研究水口本体铝碳材料的抗氧化性能和渣线锆碳材料的抗侵蚀性能,并模拟现场使用条件进行了烘烤试验。结果表明:所研制的水口材料性能完全满足使用要求,烘烤时无氧化和剥落;在薄板坯实际连铸生产条件下,所研制的浸入式水口稳定地实现了24炉连浇,为相关的浸入式水口研究提供了良好的基础。     

浸入式水口在钢连铸中的侵蚀

为了研究钢连铸中浸入式水口表面熔渣层处的侵蚀机理,对浸入式水口的的锆碳复合层进行了用后分析。考虑到在低碳钢连铸中所使用的典型的熔渣层成分的问题,进行了模拟试验,并将试验结果同工业化连铸中使用的不 同材料了比较。     

连铸用浸入式水口内钢液流动行为

连铸结晶器内钢液流动的控制直接影响板坯及其产品的表面及内部质量。尽管结晶器内钢液流动缘于水口钢液流动,然而很少有人研究浸入式水口内的钢液流动。本研究中,用易熔合金模型和熔钢模型通过透明浸入式水口直接观察浸入式水口内钢液流动状况。其次,测量了商用结晶器弯月面排出的氩气。在易熔合金模型实验中,位势流和塞流的出现均与氩气流速、熔融金属流速及水口直径有关。减小氩气流速、增加熔融金属流速和减小水口直径会导致水口内弯月面高度上升。通过透明石英玻璃水口观察钢水流动。位势流和塞流的出现也都与氩气流速有关。通过对结晶器弯月面净氩气流速的测量,熔钢系统中,从上滑板吹入的氩气约20％被带入水口中。因此得出结论：在传统板坯结晶器中,钢水一定充满浸入式水口,并且在普通操作中,钢流一定像塞流。     

刚玉-石墨耐火材料的组成对抗侵蚀性的影响

研究了含有石墨、二氧化硅的材料的相组成,以及所浇铸钢水中的氧浓度对浸入式水口内铸孔的抗侵蚀性的影响。查明,最合理的选择骨料及降低石墨和二氧化硅的含量,乃是提高浸入式水口内铸孔抗侵蚀性的最有效的方法。钢水中的氧浓度及化学成分对抗侵蚀性具有较大的影响。     

出口结构对水口与流体之间相互作用的影响

作为功能耐火材料的连铸用浸入式水口使用条件苛刻,不仅要经受钢液、保化渣的侵蚀,而且受到高温流体的冲击.为了研究高温状态下水口的应力状态,本文通过流固耦合技术,采用有限元计算了流体与具有不同结构的浸入式水口之间的作用,结果表明:(1)具有梯形出口的水口内壁上角点速度最大,而且出现明显尖峰,该处的边缘曲线出现拐点,造成速度的突变,应力增大.(2)半圆形出口与梯形出口相比,速度峰值变化缓慢,高峰值速度区增加,建议水口结构设计时采用平滑过渡出口,减少附加惯性应力,增加产品使用的可靠性.     

塞棒和浸入式水口在预热期间的性能

介绍了浇铸前对塞棒和浸入式水口进行预热试验以及获得的试验结果。这两种制品的预热是影响耐火制品使用寿命的主要因素，而且会将塞棒和浸入式水口的热震降至最低，从而提高耐火材料的寿命。     

吹氩宽厚板坯连铸结晶器内液面波动行为的水模型研究

基于相似理论,利用物理模拟研究了吹氩条件下宽厚板坯结晶器内的液面波动行为,考察了吹气量、水口侧孔倾角及水口浸入深度对结晶器内液面波动行为的影响.结果表明,结晶器吹氩后,各气量下液面平均波高均增加了1.2倍以上;结晶器内液面平均波高随吹气量的增加先增大后减小;随水口侧孔倾角及浸入深度的增大,液面平均波高均先减小后增大.从实验条件下得到的控制液面波动的最佳工艺参数为4 L/min的吹气量,-15°的水口侧孔倾角,140 mm的水口浸入深度.     

板坯连铸结晶器内钢液流动特征的模拟

研究了板坯连铸工艺参数对结晶器三维流场的影响.考察的工艺参数包括浸入深度、水口倾角和水口结构形状,考察指标为内部流场以及冲击深度和表面湍动能.利用CFX软件采用数值计算方法进行了实验模拟研究.模拟研究结果表明,水口浸入深度增加,熔池表面附近向上运动的回流区加大;水口倾角增大,上部回流区变大,下部回流中心下移;浸入深度增加,则冲击深度增加;水口倾角增大,冲击深度减小.浸入深度增加,表面湍动能减小;水口倾角增大,表面湍动能增大.本研究与实际工艺研究是相辅相成的,为工艺技术研究提供了一种灵活、方便、高精度的辅助工具.     

板坯连铸结晶器内流场的数值模拟

针对某钢厂板坯连铸机结晶器的结构和工艺参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,用商用软件FLUENT,运用湍流动能Κ方程和湍流动能散耗率ε方程的Κ-ε方程模型在给定的数值计算条件下,对板坯连铸结晶器内钢液的流场进行了模拟.通过模拟浇注初期钢液的流动状态,分析了结晶器内流场的基本特征.同时模拟计算了浸入式水口的出口倾角、插入深度以及拉速对钢液流动的影响.得出了满足断面要求的合理工艺参数:水口倾角为向下15°,插入深度为200mm,拉坯速度为1.3 m/min.     

连铸机浸入式水口内侵蚀与水口壁中Al、Si和Ca含量的关系

叙述了连铸机浸入式水口内壁上结痂的起因。在连铸钢工艺后对石墨-氧化铝质浸入式水口壁进行了X射线荧光谱测量,结果揭示出了一个系列的浸入式水口Al、Si和Ca含量的变化。测量结果示出不考虑结痂厚度,由于内侵蚀使浸入式水口壁厚度减少,另外,在浸入式水口壁的钢水接触部位发现了Al、Si和Ca含量也发生了变化。在接触部位的Al、Si含量与其余侧壁相比增加了,这是浸入式水口侧壁接触钢水后扩散的结果,与此同时,在浸入式水口壁接触部位的Ca含量比其余壁的要低。测定结果表明浸入式水口Al、Si的含量随内侵蚀加剧而增加,同时,浸入式水口接触部位Ca的含量却减少。这个关系的重要性也证实了相关指标值较高。浸入式水口壁接触部位Ca的含量下降可以通过结痂含Ca量的增加来解释。当浸入式水口壁的内侵蚀加剧时,浸入式水口壁接触部位Ca的含量下降的同时,浸入式水口结痂的CaO量却增加了。同时,在其它系列的浸入式水口壁上没有测出含量变化和扩散现象。其它系列的水口壁厚度也没有变化,这些证实了没有发生内侵蚀。只有对浸入式水口结痂和浸入式水口壁进行详细研究后,内侵蚀和浸入式水口壁Al、Si和Ca含量之间的关系才能被确定下来。这项研究需要大量圆形连铸机所用水口试样。     

钢水反应型防止氧化铝粘附耐火材料的开发

为了开发浸入式水口内孔使用的抗氧化铝粘附的耐火材料,进行了氧化铝-二氧化硅质和尖晶石质耐火材料的钢水浸渍试验,其特征是形成液态的微观结构。氧化铝-二氧化硅质耐火材料中的SiO2成分与钢水中的Mn反应,使工作面形成伴有与钢水浸润性高的液相反应层。尖晶石质耐火材料因添加熔剂形成伴有与钢水浸润性高的液相组织,防止了氧化铝粘附到浸入式水口的内孔。     

MOGUL型浸入式水口

为防止钢水在浸入式水口中的再次氧化，研制开发了一种新型的被称之为MOGUL的内衬结构，并用水模型进行了模拟试验。通过流速分布、流型特性等分析，指出新型浸入式水口(SEN)能有效抑制水口和结晶器内发生的钢水偏流现象，改善了钢水质量。