非稳态浇铸中间包内钢液流动及夹杂物行为的物理模拟

摘要

在连铸生产过程中，开浇、终浇、换包等均属于非稳态浇铸状态。而非稳态浇铸过程中钢水二次氧化及湍流卷渣较稳态严重，严重影响钢水的洁净度和连铸生产的顺利进行，因此，如何调整各个操作参数来加强对非稳态浇铸的控制已成为提高钢水洁净度一个急需解决的问题。中间包作为浇铸钢包与结晶器之间的缓冲容器，充分认识在非稳态浇铸过程中中间包内的钢液流动行为对于非稳态浇铸控制至关重要。 本文以某厂单流板坯连铸中间包为原型，根据相似原理建立了1:4的中间包模型，采用拍照、流动显示、刺激．响应法等实验方法对开浇操作中的吸气现象，换包操作中央杂物的去处率及过渡坯的长度，终浇操作中旋涡卷渣现象进行物理模拟。考察了拉速、中间包注钢量、液位高度等操作参数对非稳态浇铸过程的影响。结果表明： (1)开浇时，随着中间包内液位的升高，吸气量逐渐减少；湍流状态时吸气量明显高于层流状态时的吸气量。 (2)换包操作时，液位越高越利于夹杂物去除，当满包换包时，夹杂物去除率可达69％；钢包注入流量增加，有利于夹杂物的去除；拉速越大越不利于夹杂物的去除，拉速降低到1m/min时去除率为62.7％；抑湍器在换包操作中的作用十分明显，可使夹杂物去除率提高到77％。 (3)换包操作时，拉速不变，中间包残余液位高度降低，过渡坯长度明显缩短，1/4正常操作液位时，过渡坯最短，仅为6.2m(已转换为实际数据，下同)；前后两炉成分相差较小的钢水连浇时过渡坯的长度较短；控流装置如何设置对过渡坯长度有轻微的影响。拉速增大，过渡坯长度增加，拉速0.95m/min时，过渡坯长度为12m。 (4)终浇操作时，产生漩涡卷渣的临界高度随上水口直径、渣层厚度及黏度的增大呈先增加后减小的趋势，当直径为40mm时，弱漩涡产生的临界高度为131mm，在20-80mm的渣层厚度范围内，40mm可视为“危险厚度”；随着拉速的提高漩涡卷渣的临界高度增大，拉速1m/min时产生弱漩涡临界高度为160mm；控流装置对临界高度有一定影响，用塞棒控流时，若是阶梯型中间包，几乎可以将中间包内的钢液浇空。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1连铸工艺流程与特点

1.2中间包冶金综述

1.2.1中间包的作用及功能

1.2.2中间包冶金技术

1.3本文研究内容和意义

第二章非稳态浇铸研究现状

2.1开浇操作的研究现状

2.2换钢包操作研究现状

2.2.1换包操作时铸坯质量的研究

2.2.2换包操作时过渡时间的研究

2.4漩涡卷渣现象的研究现状

2.4.1漩涡现象

2.4.2立轴漩涡现象的分类

2.4.3炼钢生产中漩涡的危害

2.4.4中间包终浇过程防止漩涡卷渣技术

2.4.5典型抑制装置介绍

第三章非稳态浇铸过程的物理模拟

3.1实验原理

3.1.1相似原理

3.1.2物理模型中有关参数的确定

3.1.3渣-金界面的相似条件的确定

3.2实验方法

3.2.1刺激-响应实验技术

3.2.2流动显示技术

3.3实验方案

3.3.1实验装置

3.3.2开浇过程实验方案设计

3.3.3换钢包操作时夹杂物去除率实验方案设计

3.3.4换包操作时过渡坯长度实验方案设计

3.3.5终浇漩涡卷渣实验方案设计

第4章实验结果与分析

4.1开浇操作吸气现象

4.1.1液面高度的影响

4.1.2钢包注入流量的影响

4.1.3注流状态的影响

4.2换钢包操作时夹杂物去除率

4.2.1中间包液位高度的影响

4.2.2中间包注钢量的影响

4.2.3拉速的影响

4.2.4控流装置的影响

4.3换钢包操作过渡坯长度

4.3.1中间包残余液位高度的影响

4.3.2钢液注入流量的影响

4.3.3钢液成分差别的影响

4.3.4中间包内控流装置的影响

4.3.5拉速的影响

4.4产生漩涡卷渣的临界高度

4.4.1上水口直径的影响

4.4.2拉速对临界高度的影响

4.4.3渣层厚度的影响

4.4.4渣层黏度的影响

4.4.5不同控流方式的影响

第五章结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文