提高大钢锭连浇过程钢水洁净度的模拟研究

摘要

目前，一重连浇大钢锭的中间容器为圆形中间包，该中间包可以贮存一定量的钢水以保证在更换钢包时实现多炉连浇。但是，大包注流在该中间包内的注入点与中间包出口距离很近，容易导致钢液在包内的停留时间很短，夹杂物来不及上浮就直接进入钢锭模，不利于提高浇注钢水的洁净度。同时，该中间包熔池较深，在安装控流装置后，挡墙两侧温差较大，不利于钢水的温度均匀。除此，由于一重浇注工艺为大包吊浇，实施保护浇注较困难，大包注流二次氧化严重。但是，目前一重对浇注超纯转子钢的钢水洁净度要求非常高。因此，本文针对以上问题，通过物理模拟实验对其现有圆形中间包的冶金效果进行了评估，同时设计了两个不同形状的中间包并对其控流装置进行了物理模拟优化，比较了改进前后中间包的使用效果。本文还计算了一重浇注过程大包注流吸气量，并通过理论计算确定了适合一重浇注超纯转子钢的中间包覆盖剂和中间包耐火材料，以达到提高其浇注钢水洁净度的目的。
　　 物理模拟实验结果表明：①现有圆形中间包在不安装任何控流装置且正常浇注时，示踪剂的开始响应时间为10.8s，平均停留时间为212.8s，死区体积分数为0.26，活塞流与死区体积之比，即Vp/ Vd为0.27，夹杂物上浮率为73.0％；在安装控流装置后，示踪剂的开始响应时间为15.7s，平均停留时间为235.4s，死区体积分数为0.18，Vp/ Vd为0.76，夹杂物上浮率为78.5％。可见，安装控流装置后，中间包内流场得到一定的改善，但是其停留时间依然较短，夹杂物的上浮率仍然比较低。②改进后的槽形中间包，在加优化挡墙挡坝后，示踪剂的开始响应时间为48.2s，比圆形中间包延长了32.5s；平均停留时间为272.1s，比圆形中间包延长了36.7s；Vp/ Vd为1.00，比圆形中间包增大了0.24，夹杂物上浮率为95.1％，即改进后的槽形中间包停留时间更长，夹杂物上浮率更高，流场也更合理些。③改进后的椭圆形中间包，在安装优化控流装置后，正常浇注时中间包内示踪剂的开始响应时间为53.8s，比圆形中间包延长了38.1s；平均停留时间为455.2s，比圆形中间包长了219.8s；死区体积分数为0.13，Vp/ Vd为1.25；夹杂物上浮率高达96.0％。可见，该中间包内的流场较合理和夹杂物上浮率也很高。④综合比较，改进后的槽形和椭圆形中间包比现有圆形中间包的流场更合理，更有利于钢中夹杂物上浮去除。但是，椭圆形中间包相对于槽形和圆形中间包，其夹杂物去除效果更好，停留时间更长，流动模式更合理，更有助于提高钢水洁净度。
　　 针对一重浇注超纯转子钢，理论计算结果表明：①在无保护浇注措施时稳定浇注下大包注流的吸氧量为11.3ppm，吸氮量为4.3ppm；开浇过程的吸氧量为17.9～20.3ppm，吸氮量为6.8～7.7ppm。实施注流保护浇注后，当保护介质氧含量为1.0％时，注流吸氧量小于1.0ppm，对应的吸氮量小于0.5ppm，即保证保护介质氧含量小于1.0％时可有效地保护注流不被空气二次氧化。②确定了适合一重浇注超纯转子钢所需要的中间包覆盖剂主要成分，即SiO2为10％～15％、CaO为40％～45％、Al2O3为40％～45％、％FeO ≤1.0％、MgO为6.0～8.0％。该渣系不仅可以保护中间包液面钢水不被空气氧化，还可以有效地吸附钢中的夹杂物，同时也不对浇注钢水造成污染。③使用镁质或镁钙质耐火材料作为中间包材质可有效地降低钢水中的[Si]、[Al]和[O]含量，有助于提高钢水洁净度。

目录

文摘

英文文摘

1 绪 论

2 中间包内钢液流动的物理模拟及分析方法

3 现有中间包内钢液流动物理模拟评估分析

4 改进后中间包内钢液流动物理模拟及分析

5 大钢锭浇注过程钢水二次氧化研究

6 结 论

致 谢

参考文献

附 录