中间包上水口环形吹氩下气泡大小和迁移行为研究

摘要：通过水模型实验研究了上水口环形吹氩工艺下中间包和结晶器内气泡形貌,并结合数值模拟分析了透气砖位置、拉坯速度和吹氩量对中间包和结晶器内气泡尺寸、气泡迁移和中间包近液面钢液流动的影响。结果表明：上水口环形吹氩形成以塞棒为中心的圆台状气泡羽流,气泡浓度沿径向向外逐渐减少;附壁效应使得气泡羽流偏向塞棒壁面流动,增大气泡的碰撞聚并概率和近塞棒壁面的羽流上升速度,对中间包液面产生较大冲击作用;同时,部分细小气泡会随钢液进入水口及结晶器内部;增大吹氩量,中间包内环形气泡羽流中气泡数目明显增多,中间包近液面钢液上升速度增大;增大拉坯速度,环形气泡羽流的宽度和气泡数量逐渐减小,近液面速度减小;增大透气环距水口中心距离,中间包内气泡弥散度增大,环形气泡羽流宽度也随之增大,气泡羽流对中间包液面冲击作用减弱;增大吹氩量和拉坯速度、减小透气环距水口中心距离,进入结晶器的气量和气泡尺寸逐渐增大。实验条件下,透气环内外径为110mm/140mm、拉坯速度为1.2m/min时,吹氩量为4L/min较为合适。     

中间包底吹氩行为的数值模拟

 根据某钢厂连铸中间包的实际操作参数,采用欧拉两相流模型,气体入口边界条件按照多孔介质进行处理,利用CFX软件模拟计算了底吹氩中间包内钢液的流场。结果表明:底吹氩气技术代替上挡墙或下挡墙2种情况下,注入区钢液混合加剧,有利于夹杂物碰撞长大。浇注区靠近液面处速度提高易引起卷渣。当采用湍流控制器、上挡墙、下挡墙、底吹氩技术时,吹氩位置对钢液流动的影响较大,当在湍流控制器和上挡墙之间吹入气体时,钢液的流动特性有利于夹杂物的上浮去除。     

中间包吹氩技术的研究进展

讨论了中间包吹氩技术去除夹杂物的机理以及影响夹杂物去除率的因素,并综述了中间包吹氩时气液两相流体流动的数学模型,讨论了几种不同的中间包吹氩技术,指出了我国中间包吹氩技术的现状。     

中间包内吹气与卷渣行为的水模拟研究

以某钢厂中间包为原型,建立与原型尺寸为1∶3的水模型,研究中间包采用气幕挡墙时,流体流动行为及钢渣卷混现象,考察吹气量和气体在流体中行程对钢渣界面的影响规律。研究表明:正常浇铸条件下避免钢液卷渣的临界吹气量在0.14 m3/h,中间包液面出现渣眼的临界吹氩量为0.10~0.12 m3/h,超过临界吹气量后,渣眼加速扩增。     

吹氩连铸中间包内钢液流动特性的水模型实验研究

建立了模拟连铸中间包底吹氩流动过程的水模型.通过测定分析水模型的RTD（停留时间分布）曲线研究了吹气流量、吹气位置及控流元件对中间包内流动特性的影响规律,并对此进行优化.结果表明：条形透气梁安放位置对中间包内的流动特性影响最为显著,均匀开孔的多孔挡墙和条形透气梁喷吹氩气二者的配合使用能获得理想的流动特性.     

吹氩技术及其对中间包流场影响的研究

研究了基于有限元分析软件对吹氩技术、中间包流场的影响,结果表明在中间包注入流与堰之间安装多孔透气砖可促进夹杂物的去除。确定透气砖在距水口中心700 mm、气量在7 L/min时,中间包内流体的流动特性最佳,可有效提高了钢水质量。     

不同钢包底吹氩模式对钢液精炼效果的影响

以180 t双孔底吹氩钢包为研究对象,对6种钢包底吹氩模式进行数值模拟,并结合现场试验与当前采用的吹氩模式进行对比。研究发现：（1）钢液的混匀时间随吹氩量的增加而减少,吹氩量一定时,差流量吹氩模式对钢液的搅拌强于等流量吹氩模式。（2）不同的钢包底吹氩模式,渣眼形成的位置不同,渣眼面积也不同。总流量一定时,差流量吹氩模式钢液面最大流速大于等流量吹氩模式,易发生钢液卷渣。（3）差流量吹氩模式渣线处渣层厚度的波动大于等流量吹氩模式,且流量差值越大,波动越剧烈。（4）差流量吹氩模式通过“强-弱”流股的配合,进一步强化了钢包底吹氩的钢液精炼效果。工业试验表明,采取等流量吹氩模式（500 L/min—500 L/min）,钢中的较大夹杂物的数目明显多于差流量吹氩模式（400 L/min—600 L/min）。     

连铸中间包底吹氩物理模拟和工业实践

通过实验室物理模拟和工业应用实践,研究了透气砖底吹氩对本钢中间包内流体流动行为和去除钢中夹杂物行为的影响.物理模拟研究结果表明,底吹氩可以显著改善中间包内钢水的流动特征,延长钢水在中间包内的停留时间,提高中间包内钢水的混合程度,减少死区体积分率;吹气位置越靠近中间包水口侧对流体特征参数的改变效果更佳;吹氩形成的微气泡群可以显著改善中间包内流体的运动轨迹,流体运动的路线更加曲折,并且全程流动靠近液体表面.工业实践表明,底吹氩形成的“气幕挡墙”对夹杂物效果去除效果明显,与不吹氩相比,铸坯中夹杂物指数从7.33～8.98 mg/（10 kg）降低至4.21～4.33 mg/（10 kg）,且大颗粒夹杂物数量明显减少,没有发现尺寸大于30～50μm的夹杂物.     

中间包塞棒吹氩技术的应用

通过对堵塞水口及堵塞物形态的调查,分析了引起水口堵塞的主要原因,并采用了中间包寨棒吹氩技术来预防水口堵塞,工业实验表明,该技术在不仅能有效地防止水口堵塞,增加低碳铝镇静钢的连铸炉数,而且还可改善钢质。     

中间包吹氩去除钢水夹杂物

通过现场实验,研究了中间包吹氩位置和氩气流量对钢水洁净度的影响,重点探讨了在注流区吹氩对钢水洁净度的影响.结果表明:在T型中间包注流区内进行合适流量吹氩可提高钢水洁净度,在浇铸区拐角处和塞棒附近吹氩对钢水洁净度没有明显的影响;在注流区内吹氩,合适的氩气流量为6L·min^-1,与不吹氩相比,钢中总氧降低率和夹杂物的去除率均可提高10%左右,但15L·min^-1的大流量吹氩将会显著增加钢中总氧和大型夹杂物数量.分析认为:注流区内大的湍流强度可将氩气泡击碎成弥散小气泡,大量小气泡在钢液中上浮,不但提高了气泡捕捉夹杂物的概率,而且增加了夹杂物之间的碰撞机会,其结果是增大了夹杂物的粒径,促进了夹杂物的上浮去除;同时,注流区离水口距离最远,在注流区吹氩,碰撞长大的夹杂物有更长的时间上浮排出.以上两个因素的共同作用,使得在注流区吹氩对去除钢水夹杂物有显著效果.     

Study on dimension and migration behavior of bubble under annular argon blowing at tundish upper nozzle

The water model experiments were carried out to study the bubble morphology in the tundish and mold with the process of annular argon blowing at tundish upper nozzle. The effects of the position of gas permeable brick, the casting speed and the argon flow rate on the bubble size distribution, the bubble migration behavior and the flow behavior of liquid steel near the liquid level in tundish were further investigated, coupled with the numerical simulation. The results show that with the process of annular argon blowing at tundish upper nozzle, a frustum cone shaped bubble plume can be formed around the stopper rod. The concentration of argon bubbles gradually decreases outward along the radial direction of the stopper rod. Owing to the wall attached effect, the bubble plumes float upward along the stopper rod, which can increase the collision probability between bubbles and the velocity of bubble plumes, causing a larger impact strength on the liquid level in tundish. In addition, a part of small bubbles are wrapped into the nozzle and the mold due to the drag force of liquid steel. With increasing argon flow rate, the number of bubbles in annular bubble plumes and the vertical velocity of liquid steel near the liquid level in tundish increase significantly. With increasing casting speed, the width and the bubble number of annular bubble plumes gradually decrease, leading to a decrease of the vertical velocity of liquid steel near the liquid level in tundish. Increasing the distance between the annular gas permeable brick and the center of tundish upper nozzle, the dispersion of bubbles and the width of bubble plumes increase, and the impact strength of bubbles acting on the liquid level in tundish becomes weaker. As the argon flow rate and the casting speed increase, and the distance between the gas permeable brick and the center of tundish upper nozzle decreases, the gas volume and bubble size in the mold increase. Under the experimental conditions, when the inner and outer diameters of the annular gas permeable brick are 110mm and 140mm, respectively, and the casting speed is 1.2m/min, the appropriate argon flow rate is 4L/min.     

钢包软吹氩时间对GCr15轴承钢中夹杂物的影响

针对石钢60tLD-LF-VD-CC生产工艺,对4炉采用不同钢包软吹氩时间的GCr15轴承钢进行取样分析.采用金相显微镜和扫描电镜结合能谱分析,研究了4炉轴承钢中间包样品中夹杂物的尺寸分布及种类特征.结果表明,随着精炼后软吹氩时间的延长,GCr15轴承钢中全氧质量分数降低,中间包中的夹杂物平均直径减小,大于15μm的夹杂物比例也明显降低,但对夹杂物的种类没有明显影响.钢中夹杂物主要为Al_2O_3、MgO·Al_2O_3和MgO-Al_2O_3-SiO_2-CaO(CaS)夹杂物等,这与冶金热力学计算结果一致.     

40t钢包炉吹氩操作数值模拟研究

通过数值模拟的方法，对建立在正交网格上的40t钢包（炉）进行了模拟研究，计算结果表明：吹氩气量的增加只是提高了钢包内钢液流动的绝对速度，没有改变钢包内钢液的流动形态；喷吹最佳吹气量为140L／min，弱搅拌的临界吹气量为100L／min；在临界吹气量下的搅拌混匀时间为350s左右。     

钢包吹氩行为的数学模拟

全文通过对钢包建立合理的数学模型 ,对其吹氩行为进行模拟 ,分析了不同情况下钢液温降行为 ,为减少钢液温降、降低出钢温度、合理制定钢包的温度制度提供了一定的依据     

中间包塞棒吹氮氩混合气体技术研究

气泡性缺陷是汽车板钢质缺陷的主要缺陷之一。针对此缺陷开发中间包塞棒吹氮氩混合气体技术,开展了浸入式水口中钢水吸氮过程理论计算,开发了塞棒吹氮氩混合气体装置,并在现场开展工业试验。现场工业试验达到预期效果,铸坯夹杂物密度和钢质降级率得到显著降低,铸坯夹杂物密度由对比流的12.37个/mm^2降低至试验流的8.58个/mm^2,钢质降级率由对比流的3.01%降低至试验流的1.52%。     

透气砖在炉底位置与钢液吹氩行为的数值模拟

以精炼钢包为研究对象,在不同的透气砖位置的条件下,采用多相流模型计算了吹氩后钢包内钢液的流场,通过对流场数值的多元回归,计算了透气砖在钢包底部的最佳位置.结果表明:随着透气砖在钢包底部位置的变化,吹氩对钢液的搅拌效果也有很大的影响,当透气砖位置在钢包底部距中心位置为0.44R₀~0.48R₀之间时,底吹氩对钢液搅拌得更均匀.     

Technology of nitrogen-argon mixed gas blowing on the tundish stopper

Bubble defect is one of the main defects of an automobile sheet.To solve this defect,the technology for nitrogen-argon mixed gas blowing on the tundish stopper is developed,the theoretical research on nitrogen absorption in the molten steel is performed,the nitrogen-argon mixed gas blowing equipment is developed and experimented in the plant.The expected effect is achieved in the industrial test,and the slab inclusion density and quality degradation ratio of the automobile sheet are significantly reduced.     

100t钢包吹氩精炼过程的物理模拟

针对某电炉厂在冶炼轴承钢过程中,钢包底吹精炼混匀效果和去夹杂效果不佳的问题进行了水模型研究.实验结果表明：钢包原型底吹位置由于两气柱间距离较近,在大气量下气柱产生偏移和叠加,造成钢液流场不稳定.根据实验结果建议：底吹位置应位于0.5R-0.5R-135°（R为钢包底部半径）;该方案临界卷渣气量为0.24m³·h^-1.