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。     

中薄板坯连铸结晶器钢/渣界面行为数值模拟

利用VOF（volume of fluid）方法和Lagrangian离散模型模拟了厚度为135mm中薄板坯连铸结晶器内的钢液流动及钢／渣界面波动行为,分析了结晶器宽度、水口浸入深度、水口侧孔倾角、拉速和吹氩对结晶器内钢液流动和液面波动的影响规律．结果表明：钢液从三孔浸入式水口流入结晶器后形成上、下三个回流区;吹氩使结晶器上回流区靠近水口附近形成二次涡流;在一定拉速下,增加水口侧孔倾角和浸入深度均能有效抑制钢／渣界面波动;增加拉速和在一定拉速下增加结晶器宽度均将加剧液面波动．     

结晶器内钢液面波动分析与控制

通过水模试验对邯郸钢铁集团有限责任公司邯宝炼钢厂连铸结晶器液面波动原因进行分析。结果表明,随着板坯连铸机拉速提高、吹氩量增加、铸坯断面的增加,结晶器钢液面波动量增大;随着浸入式水口浸入深度增加和水口出口角度增大,结晶器内钢液面波动量减小。选择合适的拉速、恒速浇铸、优化浸入式水口形式和浸入深度、保持适当的吹氩量、执行标准化操作,可以降低结晶器钢液面波动量,提高连铸坯质量。采取优化措施后,结晶器钢液面波动量逐渐恢复到±3 mm以内,热轧卷板边部翘皮和夹杂缺陷比例逐月降低,缺陷率从2010年11月0.41%控制到2011年4月以后0.1%以下。     

连铸结晶器内钢/渣界面波动及卷渣行为的实验研究

连铸结晶器钢/渣界面时常发生卷渣现象,严重影响连铸坯质量.本文通过水模型实验研究了吹氩量、拉速、水口浸入深度对钢/渣界面波动及卷渣现象的影响.利用波高仪采集液面的波动数据,采用高速摄像机捕捉钢/渣界面卷渣时的瞬时图像,重现了剪切卷渣、漩涡卷渣、大气泡卷渣及抽吸卷渣现象.结果表明:随着吹氩量的增大,结晶器液面波动加剧,适当的吹氩量有利于抑制卷渣,本实验中0.8 L/min吹氩量下的卷渣频率最低;随着水口浸入深度的增加,液面波动程度和卷渣频率均呈降低趋势;随着拉速增大,水口附近的波动先减小后增大,窄边附近的波动逐渐增强,卷渣频率逐渐增大.     

宝钢一炼钢厂连铸机结晶器浸入式水口吹氩的水模研究

针对宝钢一炼钢厂的结晶器吹氩水口进行了 1∶1水模实验 ,研究了不同板坯宽度、拉速、水口出水口面积、出水口角度、浸入深度和吹气量等条件下结晶器液面波动和流股在窄面的冲击点的变化情况 ,并提供了水口优化设计及操作参数 ,为提高连铸生产率及铸坯质量提供了依据。     

宝钢—炼钢厂连铸机结晶器浸入式水口吹氩的水模研究

针对宝钢一炼钢厂的结晶器吹氩水口进行了１：１水模实验，研究了不同板坯宽度、拉速、水口出水口面积、出水口角度、浸入深度和吹气量等条件下结晶器液面波动和流股在窄面的冲击点的冲击点的变化情况，并提供了水口优化设计及操作参数，为提高连铸生产率及铸坯质量提供了依据。     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的水模型研究

以某厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,采用1∶1水模型进行实验,研究了拉速、浸入深度、水口倾角、水口出口面积等工艺参数对结晶器内流场和液面波动的影响,以优化工艺参数,为在实际生产中减少卷渣提供依据.结果表明:随着结晶器宽度、拉速的增加,液面波动明显增大;采用较大的水口出口面积和浸入深度,可以抑制液面波动,避免卷渣.     

结晶器内氩气泡分布及钢渣界面波动行为

建立了1∶0.6的结晶器水模型和结晶器原型数学模型,采用高速摄像机及分析软件研究了连铸工艺参数对结晶器水模型内气泡分布行为的影响;采用离散相模型和VOF模型的数学模拟方法,研究了连铸工艺参数对结晶器内气泡分布和钢渣界面波动行为的影响。结果表明,通过数学模拟获得的结晶器内气泡分布和水模型试验结果吻合性较好;增加吹氩量,结晶器内氩气泡尺寸增大,分布更均匀;吹氩可以降低结晶器窄面附近区域钢液的波高,但会导致水口附近波动加剧;增大拉速时,结晶器内氩气泡尺寸减小,分布更均匀,结晶器窄面波高增大,水口附近液面波高显著降低;增大水口倾角和浸入深度,有助于抑制水口附近和窄面附近的波动,气泡在结晶器内的分布相对较为均匀,气泡尺寸变化不显著。拉速为1.2 m/min、水口倾角为15°、水口浸入深度为160 mm,较优的吹氩量为4 L/min。研究结果可以为优化工艺参数、防止钢液卷渣、提高铸坯质量提供理论依据。     

吹氩板坯结晶器水模型实验研究

采用1：2.5的相似比,以1 500 mm×280 mm断面的结晶器为原型建立水模型,试验研究了在吹氩条件下拉速,水口倾角、吹气量和浸入深度对液面波动的影响,并分析了在试验条件下的卷渣行为,研究结果表明在吹氩条件下主要存在气泡群冲击卷渣和类漩涡卷渣两种方式。     

浇铸参数对结晶器液面波动影响及其工业应用

 板坯连铸结晶器液面的波动行为是结晶器内钢液流动、结晶器自身振动以及辊子挤压铸坯内部未凝固的钢液造成液面波动综合作用的结果。结晶器液位波动的稳定性对板坯连铸过程的卷渣行为有直接影响。在工业板坯连铸生产实践中,一般在结晶器某一区域(比如结晶器中部)利用放射源或涡流传感器检测液位波动来代表该工况下的整体波动水平。利用三维气液两相流动的数学模型研究了浇铸参数对结晶器液位轮廓的影响,浇铸参数包括拉速、吹氩流量、浸入式水口出口角度和浇铸断面。研究结果表明,结晶器不同宽度位置的波动幅值差异较大,且与工艺参数密切相关。液面的波峰与波谷之差随着拉速的增加在窄面附近逐渐增大,随着吹氩流量的增加在水口附近逐渐增大。在水口出口角度15°条件下,水口和窄面附近的液位波动均较大,而在水口出口角度45°条件下,仅在水口附近存在较大的液位波动。研究结果表明,使用板坯连铸常规的15°浸入式水口,当铸坯宽度大于800 mm时,结晶器液面检测需要在水口和窄面附近同时布置液位检测设备,以便更全面反应结晶器的真实液面行为,使液面波动对轧板表面质量指导性增强,有效提高连铸工艺的控制水平。如使用45°浸入式水口可以继续沿用原有的液位检测布置。     

1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场与温度场数值模拟

为研究连铸工艺参数对结晶器内部钢液的作用规律,对涟钢1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场和温度场进行了系统的数值模拟,研究了不同吹氩量(0～7 L/min)、不同水口浸入深度(110～150 mm)和不同拉速(0.9～1.2 m/min)对结晶器内钢液行为的综合影响。结果表明,随着吹氩量增加,自由液面的钢液流速和温度总体呈现降低的趋势;随着水口浸入深度增加,自由液面的钢液流速先降低后增加;随着拉速增加,自由液面的钢液流速增加;水口浸入深度和拉速对温度场的影响较小。当吹氩量为5 L/min、水口浸入深度为130 mm、拉速为0.9 m/min时,结晶器自由液面具有较小的钢液流速和湍动能,同时液面具有较好的温度均匀性。通过数值模拟研究,为合理选择结晶器相关工艺参数提供了理论依据。     

宽板坯连铸结晶器内氩气分布的水模型

 针对塞棒、上水口吹氩时,吹入的氩气有多少进入到结晶器钢水内和氩气在结晶器断面上如何分布的问题,采用1：1水模型,重点研究了吹气量、吹气方式、拉速、浸入式水口倾角等工艺参数对不同宽度结晶器内气体分布状况的影响。结果表明,吹气量和吹气方式对结晶器内气体分布几乎没有影响,而拉速和水口倾角基本上就决定了宽度方向上的气体分布状况。小的结晶器断面宽度、小的水口倾角、高拉速时窄面附近含气比例更高,氩气泡更易被凝固坯壳所捕捉而使铸坯产生气泡缺陷。     

浸入式水口吸入空气机理及吹氩量控制模型

 连铸过程浸入式水口本身及其与上水口连接处容易吸入空气,导致钢水二次氧化,随之可能造成水口结瘤及断浇,导致严重的连铸事故。通过向水口内部吹入氩气可以防止空气吸入,吹氩量控制不当容易引起铸坯缺陷。基于伯努利原理和质量守恒定律建立了从中间包到结晶器的速度-质量模型,探讨了以上部件吸入空气的机理。首先研究了理想与考虑压损2种情况下水口直径、水口浸入深度、中间包液位、铸坯宽度和拉坯速度对水口入口的钢液横截面积与出口的钢液横截面积之比(A_A/A_P)的影响,然后对水口结构进行了优化,并建立了吹氩量控制模型。结果表明,为防止水口吸入空气,应尽量减小水口直径、降低中间包液位和水口浸入深度的高度差、增大拉坯速度和铸坯断面宽度。其中水口直径提高10%,A_A/A_P从2.15增大至2.62;铸坯宽度和拉坯速度对A_A/A_P影响略低于水口直径,同样提高10%,A_A/A_P均从2.15降低至1.96;中间包液位和浸入深度对A_A/A_P影响最小。基于此研究结果,水口结构优化为符合钢液流束的圆台形,并结合水口内真空区体积确定了吹氩量控制模型,使得水口内始终保持微正压。本研究结果为减小甚至消除水口的空气吸入、控制氩气吹入量提供了理论基础,对高品质钢的生产及节能降耗具有重要意义。     

1 500 mm x230 mm板坯结晶器液面波动与卷渣行为水力学模型试验和应用

基于相似理论,以钢厂1 500 mmx230 mm板坯结晶器为原型建立1 ：2的结晶器水力学模型。结果 表明,吹气量一定时,水口中心处到窄边的液面波动先增大后减小,吹气量大于0. 8 lymin时,开始发生卷渣现象, 并且结晶器内的气泡数量变多。浸人深度的增加使液面波动减弱,浸入深度在65 - 95 mm时对卷渣影响的效果不 显著;拉速增加使流股的冲击深度增大,拉速大于LI m/min时有大渣滴被卷入;当结晶器的拉速为1.0 ~ 1.1 m/min, 吹气量为0.6~0.8 I/min,浸入深度为75 - 85 mm时较合理。C45E钢生产实践表明,当拉速由0.9-1.2 m/min调整 至1.0 ~ 1.1 m/min,浸入深度由130 ~ 190 mm改进为150 ~ 170 mm时,铸坯缺陷率由6%降至1.9%。     

Interracial Fluctuation Behavior of Steel/Slag in Medium-Thin Slab Continuous Casting Mold With Argon Gas Injection

The flow field of molten steel and the interfacial behaviour between molten steel and liquid slag layer in medium-thin slab continuous casting mold with argon gas injection were studied by numerical simulation, in which the effects of nozzle submergence depth and port angle, casting speed, and argon gas flow rate on the flow and the level fluctuation of molten steel were considered. The results show that the molten steel is jetted from the submerged entry nozzle (SEN) with three ports into the mold and forms three recirculation zones including one upper recirculation zone and two lower recirculation zones. Argon gas injection results in a secondary vortex flow in the upper zone near the nozzle. For a given casting speed and argon gas flow rate, increasing the side port angle and submergence depth of nozzle can effectively restrain the steel/slag interfacial fluctuation. Increasing the casting speed would prick up the level fluctuation. For a fixed casting speed, argon gas flow rate has a critical value, the interfacial fluctuation with argon gas injection are stronger than the case without argon gas injection when the argon gas flow rate is less than the critical value, but when the argon gas flow rate exceeds the critical value, the level fluctuation is calmer than that without argon gas injection.     

Interfacial Fluctuation Behavior of Steel/Slag in Medium-Thin Slab Continuous Casting Mold With Argon Gas Injection

 The flow field of molten steel and the interfacial behaviour between molten steel and liquid slag layer in medium-thin slab continuous casting mold with argon gas injection was studied by numerical simulation, in which the effects of nozzle submergence depth and port angle, casting speed, and argon gas flow rate on the flow and the level fluctuation of molten steel were considered. The results show that the molten steel jet from the submerged entry nozzle (SEN) with three ports into the mold and form three re-circulation zones including one upper re-circulation zone and two lower re-circulation zones. Argon gas injection results in a secondary vortex flow in the upper zone near the nozzle. For a given casting speed and argon gas flow rate, increasing the side port angle and submergence depth of nozzle can effectively restrain the steel/slag interfacial fluctuation. Increasing the casting speed would prick up the level fluctuation. For a fixed casting speed, argon gas flow rate has a critical value, the interfacial fluctuation with argon gas injection are stronger than the case without argon gas injection when the argon gas flow rate is less than the critical value, but when the argon gas flow rate exceeds the critical value, the level fluctuation is calmer than that without argon gas injection.     

板坯连铸结晶器水模型试验研究

针对我国某钢厂的板坯连铸结晶器,采用1:1的水模型研究了拉速、水口浸入深度、水口出口倾角以及结晶器宽度对结晶器液面波动和表面流速的影响,并对这些工艺参数提出了一些优化建议.