板坯连铸结晶器内气泡行为和液渣分布规律的研究

摘要

随着高效连铸的发展和吹氩工艺的广泛应用，结晶器的冶金作用越来越重要。深入研究结晶器内钢液、液渣以及气泡的运动行为是促进连铸工艺顺行，改善铸坯质量的关键因素。 本文以梅钢2＃板坯连铸结晶器为研究对象，根据相似原理建立0.6：1的水模型。结合现场浇注情况和铸坯质量问题，采用水力学物理模拟方法，研究了拉速、水口插入深度以及吹气量对结晶器内液面波动、液渣分布、卷渣行为、气泡分布、冲击深度及流场的影响规律，并对吹氩参数进行了优化；同时，还研究了水口偏流、水口结瘤物脱落等问题给钢液浇注带来的不良影响；另外，通过考察钢渣的流动状况对高速浇注条件下的浸入式水口进行了优化；最后，根据物理模拟实验结果进行了现场实验。 研究表明：拉速对结晶器内流场特性影响最大，其次是吹气量，吹气量对结晶器不同部位的钢渣流动影响程度不同，在水口附近影响最大。在高拉速浇注时，结晶器内很容易出现剪切卷渣；在拉速不高而吹气量比较大时，吹气卷渣是卷渣的主要方式。当卷入结晶器内的渣滴冲击深度较浅时，会因浮力作用而慢慢上浮；当渣滴的冲击深度较深时，就会被流股冲击到结晶器下部区域，最终形成铸坯大型夹杂物或者导致卷渣漏钢事故。 结晶器内气泡分布受拉速影响较大，拉速增大时，窄边气泡增多；拉速较小时，气泡主要聚集在水口附近。随冲击深度的增加，气泡的数量逐渐减少，气泡的尺寸先增大后减小。根据减少进入凝固前沿气泡数量并防止大量气泡在水口附近聚集而导致水口附近卷渣的原则，对吹气量进行了优化，得到了吹氩量与结晶器通钢量的定量关系式，并进行了现场实验。结果表明，将实际中的吹氩量控制在优化的吹气量范围之内时，硫印评级方法检测的针孔状气孔缺陷等级从1.0级降为0.5级，缺陷铸坯比例降幅达12.7％，低倍检验缺陷铸坯比例降幅达61.8％。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1板坯连铸技术概况

1.1.1板坯连铸的发展

1.1.2板坯连铸机的分类

1.1.3板坯连铸的关键技术

1.1.3连铸板坯质量缺陷原因分析

1.2结晶器的冶金作用

1.3结晶器的流场特征

1.3.1结晶器流场的基本特征

1.3.2结晶器流场中的偏流及振荡

1.4结晶器内卷渣行为的研究

1.4.1结晶器内卷渣对铸坯质量影响

1.4.2结晶器内卷渣机理研究

1.4.3“F”数简介

1.4.4结晶器内钢液卷渣的影响因素

1.5结晶器内吹氩工艺的研究

1.5.1国外对吹氩的研究

1.5.2国内对吹氩的研究

1.6结晶器内浸入式水口研究概述

1.6.1浸入式水口的基本类型

1.6.2浸入式水口结构参数对结晶器流场的影响

1.7前人研究评述及个人研究特点

1.7.1前人研究成果及不足

1.7.2本论文的研究特点

1.8课题来源及研究目的

2现场调研及铸坯质量问题

2.1现场情况调研

2.1.1中间包浇注工艺

2.1.2结晶器基本参数

2.1.3结晶器浸入式水口

2.1.4吹氩工艺

2.1.5结晶器内液面情况

2.1.6浇注问题及拉速控制

2.2铸坯质量问题

2.2.1夹杂物

2.2.2气孔缺陷

2.2.3皮下裂纹

2.3本章小结

3结晶器内钢液流动行为的物理模拟实验方案

3.1实验模型的建立

3.1.1实验原理

3.1.2实验装置

3.1.3实验参数

3.2实验方案

3.2.1单因素实验方案

3.2.2偏流实验方案

3.2.3变拉速的实验方案

3.2.4不同粘度液渣的模拟

3.2.5正交实验方案

3.2.6水口结瘤物脱落的实验方案

3.2.7水口优化实验

3.3实验指标的确定

3.3.1液面波动

3.3.2液渣分布的均匀性

3.3.3卷渣次数

3.3.4气泡的大小及分布

3.3.5冲击深度

3.3.6流场显示

3.4本章小结

4结晶器物理模拟实验结果

4.1结晶器内液渣行为分析

4.1.1液面波动

4.1.2液渣厚度差

4.1.3卷渣次数

4.1.4卷渣分类讨论

4.1.5工艺参数对液渣行为影响的显著性分析

4.1.6不同粘度液渣对液渣分布和卷渣的影响

4.2结晶器内气泡行为分析

4.2.1气泡分布规律

4.2.2气泡尺寸分布与冲击深度的关系

4.2.3工况条件对气泡分布影响的显著性分析

4.2.4吹气参数的优化

4.3冲击深度和流场分析

4.3.1冲击深度的分析

4.3.2流场情况分析

4.4水口结瘤物脱落实验结果分析

4.5水口优化实验结果分析

4.5.1高拉速条件下水口的优化

4.5.2工艺参数的优化

4.6本章小结

5现场试验

5.1试验基础

5.2现场试验方案的制定

5.3现场采样记录

5.4试验结果分析

5.5小结

6结论

致 谢

参考文献

附录