水口吹氩对结晶器弯月面波动的影响

水口吹氩时,结晶器液面波动行为对夹杂物的去除、卷渣、漏钢和拉裂的防止很重要。利用水模型实验研究了氩气流量、浇铸速度、铸坯宽度和浸入式水口的张角、出口面积、浸入深度对结晶器弯月面波动的影响,并运用数值模拟方法对结晶器流场和实验结果进行了分析。     

方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液弯月面行为的热模拟

以低熔点Ｐｂ－Ｓｎ－Ｂｉ合金作为钢液模拟工质,对谐波高频磁场作用下,方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液的弯月面行为进行热模拟的实验研究,通过录像手段记录高频磁场作用下非导电石英玻璃容器内液态金属的弯月面行为,并采用“浸镀法”测得不同实验条件下的弯月面形状,掌握了高频磁场作用下液态金属弯月面的波动特性及不同感应线圈实验参数对弯月面行为特征的影响效果,研究表明：方坯结晶器内高频磁场沿结晶器周向的不均匀分布     

矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为

通过静态热模拟实验,采用低熔点Sn-32%Pb-52%Bi(质量分数)合金作为钢液的模拟介质,研究不同工艺参数下矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的变化规律。结果表明:由于矩形电磁软接触结晶器本身的结构限制,其弯月面沿周向上的分布具有不均匀性;随电源功率增大,弯月面高度增大,同时波动加剧;实际生产中线圈应尽量靠近结晶器口部位置安装,有利于提高弯月面高度和增强弯月面稳定性;浇注过程中,应该使浇注液面尽可能的控制在线圈中心偏上位置;当电源频率增大时,应该同时适当的提高电流来保证软接触效果。     

板坯连铸结晶器内全幅两段电磁制动弯月面形状的数值模拟

本文建立了全幅两段磁场结晶器钢水流动模型,采用‘Simple’算法,进行钢水流动及弯月面形状的数值模拟。计算结果表明,全幅两段磁场可以有效地制动高速流股,使钢水形成均匀的活塞式流动;并且有效地控制弯月面的波高,从而改善板坯质量并提高拉速。     

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面研究

以低熔点合金Sn-32%Pb-52%Bi作为钢液的模拟介质进行静态热模拟实验,研究在不同工艺参数下圆坯电磁软接触连铸结晶器内弯月面的变化规律.实验结果表明:圆坯中频电磁软接触结晶器内弯月面的变形沿周向上具有均匀性,在分瓣体中心处和切缝处弯月面高度相当,分瓣体中心处弯月面高度较切缝处稍低;随着电源功率增大,弯月面高度增大,弯月面波动加剧,这不利于获得表面质量良好的连铸坯,因此,在本研究的工况下将功率控制在30 kW左右;当初始液面在线圈中心位置时,弯月面的高度最高,在拉坯过程中将自由液面控制在线圈中心高度附近;随着频率的增加,弯月面的高度几乎成线性关系减小,但弯月面区域的波动减小,在综合考虑弯月面高度和波动的前提下,实验使用的频率为2 500Hz.     

中间切缝圆坯连铸结晶器内弯月面行为的试验研究

采用Sn-Pb-Bi低熔点合金模拟钢液对高频电磁场作用下中间切缝圆坯连铸结晶器内的弯月面行为进行研究,从弯月面形状、高度和三相点位置等方面入手分析,讨论了电源功率、感应线圈位置和磁场频率对弯月面行为的影响,并以钢液为试验材料进行模型试验,验证了采用Sn-Pb-Bi低熔点合金进行研究的可靠性。结果表明,电功率对弯月面行为影响较明显;感应线圈的最佳安装位置位于结晶器切缝区域中心;在20～30kHz范围内增加磁场频率可以有效提高弯月面高度,但当磁场频率超过30kHz后,弯月面高度增加幅度不明显;在相似的试验条件下,钢液弯月面轮廓线接近于合金熔液的弯月面,这表明采用Sn-Pb-Bi低熔点合金熔液可以准确地模拟钢液的弯月面行为。     

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的研究

以低熔点合金Sn-32Pb-52Bi作为钢液的模拟介质进行静态热模拟试验,研究频率为1 500 Hz下不同液位、功率等参数下圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的变化规律.结果表明,中频感应电源产生的中频磁场相对于高频磁场具有较强的渗透能力,所以很容易通过分瓣体结晶器的切缝处而作用到液态金属上,并且只需要较小功率就能获得与高频磁场较大功率下的弯月面高度;随着电源功率的增加,弯月面高度也随着增大,同时也加剧了金属液表面的波动;试验时将线圈位置尽量靠近结晶器口部位置安装,有利于弯月面形变的增大和弯月面稳定性的增强;在浇注拉坯时应使浇注液面尽可能的控制在感应线圈高度中心偏下的位置.     

连铸结晶器液位波动的数值模拟

应用SOLA—VOF方法研究了板坯连铸结晶器自由表面的形状及钢水流动行为，计算得出了具有实际物理意义的液位波动值．通过数值模拟浸入水口出流角度及出流速度对液位波动的影响关系，指出液位波动的波形与回流区大小及位置密切相关，并分析了液位波动的形成原因．     

两段式软接触电磁连铸结晶器内弯月面形状的预测

通过理论分析,得到软接触电磁连铸结晶器内部金属液弯月面形状的计算公式,并根据试验结果进行了修正,修正后的公式可较准确地计算两段式无缝结晶器内部金属液的弯月面形状.178 mm两段式结晶器内钢液的弯月面形状计算结果表明,弯月面高度随电源功率和上半段电阻率的增加而增大,随电源频率和结晶器壁厚的增加而减小.通过选择合理的电磁参数和结构参数,利用两段式结晶器有实现软接触电磁连铸的可能性.     

连铸结晶器振动规律波形分析

介绍了连铸结晶器的振动规律。根据铸坯及其表面质量的要求,通过运用Matlab仿真、公式推导以及参数比较,对结晶器各种振动规律波形的优缺点进行了比较,最后总结出结晶器非正弦振动波形的优越性。对生产实践具有一定的指导意义。     

高拉速连铸结晶器非正弦振动因子研究

通过分析连铸结晶器振动过程参数和结晶器内摩擦力,确定了一种新的非正弦振动形式下1.8和2.0 m/min拉速时的非正弦振动因子,并阐明了非正弦振动因子随拉速提高的变化规律.结果表明:1.8和2.0 m/min拉速时非正弦振动因子适宜值为0.2,与实际应用值一致;振动频率和振幅不变,拉速由2.0 m/min升至2.2 m/min,非正弦振动因子应增至0.25,以改善振动效果.     

THE EFFECTS OF TEMPERATURE FLUCTUATION ON INITIAL SOLIDIFICATION PROCESS DURING PERITECTIC STEEL CONTINUOUS CASTING

建立了包晶钢连铸初始凝固包晶相变过程的数学模型, 研究了温度波动对此凝固过程的影响,计算了不同冷却速率、含碳量和温度波动幅度下δ, γ和L3相界面位置以及体积分数的变化. 结果表明, 温度波动导致包晶相变过程中γ相枝晶间的重熔、δ/γ界面位置和三相体积分数的不稳定变化, 造成坯壳的不均匀生长和应力集中. 这些现象在碳含量为0.1%-0.17%的亚包晶钢中尤其严重. 分析认为, 温度波动可能是包晶钢连铸时容易出现裂纹、难连铸的一个重要原因.     

EXPERIMENTAL RESEARCH AND NUMERICAL SIMULATION OF MOLD TEMPERATURE FIELD IN CONTINUOUS CASTING OF STEEL

Mold is the heart of the continuous casting machine. Heat transfer and solidification in a water cooled mold are the most important factors during the continuous casting of steel. For studying the temperature distribution of a mold wall, a simulated apparatus of mold was designed and experiments were performed by it. The measured results indicated that the mold wall temperature approaches the temperature of cooling-water. An equivalent thermal-conductivity coefficient was proposed and deduced on the basis of the conclusion of the experiments. This coefficient was applied to solve the heat transfer between the melt and cooling water, and to characterize the heat transfer capacity of the mold. By this equivalent thermal-conductivity coefficient, it is very easy and convenient to numerically simulate the solidification process of continuous casting. And the calculation results are in agreement with the experiments. The effects of casting speed and water flow rate on the mold temperature field were also discussed.     

STUDY ON NON-SINUSOIDAL OSCILLATION FOR SLAB CONTINUOUS CASTING MOLD WITH HIGH CASTING SPEED Ⅰ. Mechanism of Oscillation Marks Formation

通过分析2.0 m/min拉速稳定浇铸时振动周期内弯月面初凝坯壳的受力情况,阐述了高拉速连铸坯表面振痕形成过程,给出振动参数与最大液体摩擦力和最大保护渣渣道动态压力关系;结合振动参数对振动过程参数的影响和实际设备状况,提出了振动参数优化方向,确定了拉速升至2.2 m/min时的振动参数值.结果表明,弯月面初凝坯壳在钢水静压力、摩擦力和保护渣渣道压力作用下随凝固进程形成振痕,振痕生成位置取决于初凝坯壳糊状区固相分率;随拉速提高,应降低振频、增大振幅和非正弦振动因子,以改善振动效果和振痕形貌;拉速升至2.2 m/min时的适宜振频、振幅和非正弦振动因子分别为145 min-1,±5.0 mm和0.25.     

电磁软接触连铸圆坯表面振痕演变机理

在实验室立式连铸机上对碳素结构钢Q235B进行了电磁软接触连铸实验,测量了结晶器内磁场分布和Sn-Pb-Bi合金熔体弯月面形状.结果表明,采用电磁软接触连铸技术,可以显著改善铸坯表面质量;当电源功率达到最佳值时,振痕完全受到抑制,铸坯表面光洁;但当电源功率过大时,铸坯表面出现波浪形振痕.分析认为,铸坯表面质量得到改善是高频电磁场的Lorentz力效应和Joule热效应共同作用的结果;当电源功率过大时,分瓣结晶器内的磁场分布不均匀,沿结晶器周向呈波浪形分布,加之钢水液面波动也更加剧烈,因此在铸坯表面产生波浪形振痕.     

高拉速板坯连铸结晶器液态渣消耗机理分析

基于弯月面渣道压力计算,分析2.0 m/min高拉速下板坯连铸结晶器振动周期内初凝坯壳变形行为,提出新的液态渣消耗机制,并定义了渣耗时间和渣耗强度的概念,阐明了结晶器非正弦振动参数对液态渣渣耗量影响规律.研究表明:渣道宽度变化引起渣道压力改变导致液态渣周期性持续消耗,振动正滑脱末期至负滑脱末期渣道负压抽吸液态渣进入渣道;降低振频延长了液态渣渣耗时间,但使渣耗强度削弱;提高振幅可加大渣耗强度,对渣耗时间影响很小;非正弦振动因子对渣耗强度影响较小,渣耗时间随非正弦振动因子减小而增大.     

连铸过程中间歇式高频磁场代替结晶器机械振动的可行性实验研究

探讨了连铸过程中用电磁力代替结晶器机械振动的可行性，用高速摄像机观察了保护渣的浸入、排出行为；测定了保护渣的消耗量，根据分瓣形水冷铜质结晶器无机械振动电磁模拟实验结果，选择比固有频率稍小的间歇频率、可保证结晶器与初期凝固坯间的润滑，获得了较好的铸坯表面质量。     

软接触电磁连铸技术分析

运用数学解析的方法，对连铸软接触技术中若干电磁参数进行了理论分析，通过对电磁波在铜，钢水和充满钢水的铜结晶器内的衰减的分析，以及对电磁体积力的数学推导，确认了电磁力的大小取决于磁感庆强度沿径向衰减的快慢，即Bz对r的导数，当频率增加时，铸坯表面的电磁力增加，并向铸坯中心迅速衰减，电磁压力沿径向的分布弯月面的形状，一定结构的结晶器应选一个最佳频率，才能得到最大的电磁约束力。