厚板坯连铸用结晶器浸入式水口结构优化与应用研究

摘要

结晶器是去除钢中夹杂物、保证钢水质量的最后环节，是连铸机的“心脏”，而浸入式水口对结晶器流场和初期凝固的冶金作用也愈加重要。优化与研究水口结构参数以及选择合适的工艺参数范围，对于改善铸坯质量具有重要意义。
　　本文以国内某钢厂板坯连铸机结晶器为研究对象，通过建立1:2结晶器物理模型，研究了四个断面下5种水口结构参数和3个连铸工艺参数（通钢量、插入深度以及吹气量）对结晶器内的钢液流动行为（液面波动、流场及冲击点深度）、液渣层分布状况以及气泡分布情况等的影响规律，同时应用FLUENT商业软件数值模拟实验各工况下流动和传热行为，研究各断面下水口结构参数、插入深度等对温度场及速度场的影响规律，结合物理模拟与数学模拟实验结果，并通过现场试验验证，提出最佳水口结构尺寸及合适的工艺参数，得到以下结论：
　　（1）在断面宽为1800mm条件下，N1~N5各水口液面波动情况不尽相同，随着通钢量的增加，液面波动呈增加趋势，各水口对通钢量变化的敏感程度从大到小分别为N5、N1、N3、N2、N4；随着插入深度的增加，液面整体波动量呈减小趋势，各水口下插入深度变化对液面波高的影响程度从大到小分别为N2、N3、N1、N5、N4。
　　（2）直管式与透气塞式通气方式对液面波高几乎没有影响；流股冲击深度随着插入深度的增加呈现增加趋势，冲击深度由大到小的各水口顺序为N2、N3、N5、N1、N4，冲击深度受水口结构的综合影响；水口N1在各个断面下渣层活跃程度均较合适，而水口N4在大断面时，N5在小断面时液渣层活跃程度才合适，水口N2下渣层不够活跃。
　　（3）断面宽在1550~1800 mm控制流场的最佳工艺参数如下，水口结构取N4，插入深度范围为110~150mm，吹气量可取7~9L/min；而断面宽在1050~1250 mm的最佳工艺参数为，水口结构可选择N1、N5，插入深度范围为130~170mm，吹气量可取5~7L/min。
　　（4）宽断面为1050mm，使用N1水口工况下，钢水弯月面温度在1810K左右，分布均匀，N2~N5各水口具有类似的温度场和流场分布模式，但N3水口的回漩流动的影响范围更广。
　　（5）现场验证时，采用两个优化水口下的表面缺陷降等率均≤0.2%，N1、N5水口下轧材质量分别较原有水口轧材缺陷率降低33.3%、22.8%。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 连铸技术的发展

1.2 结晶器

1.3 结晶器内不同工艺参数对钢液流动影响

1.4 结晶器模拟研究方法

1.5 课题研究目的与研究内容

第二章 物理模拟方法与结果分析

2.1 物理模拟方法简介

2.2 物理模拟基础

2.3 液面波动

2.4 结晶器流场显示

2.5 保护渣模拟

2.6 吹氩过程模拟

2.7 工艺参数选择

2.8 本章小结

第三章 数学模拟方法与结果分析

3.1 连铸过程传输行为数学模型

3.2 计算方法及收敛标准

3.3 计算几何模型及边界条件

3.4 计算基本参数与案例

3.5 不同水口结构对计算结果的影响

3.6 不同断面尺寸对计算结果的影响

3.7 不同插入深度对计算结果的影响

3.8 本章小结

第四章 现场试验结果验证

4.1 试验准备

4.2 试验方案

4.3 试验连铸工况

4.4 渣层与水口堵塞分析

4.5 质量分析

4.6 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果