水口结构参数对宽板坯结晶器流场影响的物理模拟

论文摘要

随着高效连铸的发展,结晶器和浸入式水口的冶金作用越来越重要。深入研究结晶器内钢液运动行为是促进连铸工艺顺行,改善铸坯质量的关键因素。不合理的钢液流动行为,严重影响铸坯的质量及连铸生产的顺行,而结晶器的流动状态除受拉速及吹气量影响之外,很大程度受水口的结构参数的影响。因此,研究及优化浸入式水口结构参数,对于改善铸坯质量、确保连铸生产顺行具有重要意义。本文以宝钢3#板坯连铸结晶器为研究对象,根据相似原理建立0.5︰1的水模型。结合现场浇注情况和铸坯质量问题,通过水力学物理模拟实验方法,研究了宝钢现用水口和待用水口在不同工艺条件下液面波动、液渣分布、卷渣行为、气泡分布、冲击深度及流场的影响规律;研究了水口底部和侧孔形状对结晶器内钢液流动行为的影响;在上述基础上,对宝钢现用水口进行了优化。最后,根据物理模拟实验结果进行了现场实验。研究结果表明:现用水口上循环弱,热交换慢,保护渣融化不均匀导致铸坯出现裂纹。针对原水口存在的问题,通过改变水口形状、中孔侧孔面积比及底部形状,设计了五种新水口方案,通过模拟择优选出了两个最适合现有工艺条件下浇注的浸入式水口。220mm厚结晶器使用扁形、侧孔倾角-15°、底部形状为凸底的水口;300mm厚结晶器使用圆形、侧孔倾角-15°、底部形状为平底的水口。采用优化水口浇铸时,结晶器内钢液流动稳定,温度分布均匀,对于改善宽板坯质量具有积极的作用。现场试验结果表明,使用优化的水口,液渣分布均匀,铸坯表面纵裂纹减少了30%以上,纵裂纹报废率为零,皮下夹杂减少了5%以上,水口使用效果良好。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 板坯连铸技术发展现状
• 1.2 结晶器内钢液流动行为
• 1.2.1 结晶器的冶金作用
• 1.2.2 结晶器内钢液流场基本特征
• 1.2.3 浸入式水口结构参数对结晶器流场的影响
• 1.2.4 国内外钢液流动行为研究现状
• 1.3 课题研究目的、意义及主要内容
• 1.3.1 研究的目的和意义
• 1.3.2 研究的主要内容
• 2 现场调研及铸坯质量问题
• 2.1 现场调研目的和内容
• 2.1.1 调研目的
• 2.1.2 调研内容
• 2.2 浇注断面、阶段和工艺参数对裂纹产生率的影响
• 2.2.1 浇注断面和阶段对裂纹产生率的影响
• 2.2.2 连铸工艺参数对纵裂纹产生的影响
• 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 结晶器物理模型的建立
• 3.1.1 实验原理
• 3.1.2 实验装置
• 3.2 实验方案的建立
• 3.2.1 现用水口评价实验方案
• 3.2.2 3CC 待定水口实验方案
• 3.2.3 改变水口结构参数实验方案
• 3.2.4 优化水口实验方案
• 3.3 实验指标
• 3.3.1 液面波动
• 3.3.2 液渣分布
• 3.3.3 气泡分布
• 3.3.4 卷渣次数
• 3.3.5 流场显示
• 3.3.6 冲击深度
• 3.4 本章小结
• 4 结晶器物理模拟实验结果与讨论
• 4.1 现用水口的评价
• 4.1.1 单因素实验结果分析
• 4.1.2 工作拉速实验结果分析
• 4.1.3 非稳态实验结果分析
• 4.2 3CC 待用水口的评价
• 4.2.1 3CC 水口结构尺寸比较
• 4.2.2 3CC 水口工作拉速条件实验结果分析
• 4.2.3 3CC 水口开浇阶段模拟实验结果分析
• 4.3 改变水口结构参数实验
• 4.3.1 改变水口底部形状的实验结果及分析
• 4.3.2 改变水口侧孔形状的实验结果及分析
• 4.4 水口优化实验结果分析
• 4.4.1 220mm 厚度结晶器水口优化实验结果分析
• 4.4.2 300mm 厚度结晶器水口优化实验结果分析
• 4.4.3 优化水口和现用水口的对比分析
• 4.4.4 优化水口工艺参数的确定
• 4.5 本章小结
• 5 优化水口现场应用试验
• 5.1 优化水口现场应用实验方案
• 5.1.1 优化水口和现用水口对比实验方案
• 5.1.2 优化水口和现用水口取样试验方案
• 5.2 优化水口和现用水口对比实验结果
• 5.3 中间包钢水和铸坯全氧分析
• 5.3.1 气体试样取样方法
• 5.3.2 气体试样结果分析
• 5.4 金相夹杂物分析
• 5.4.1 金相试样取样及分析方法
• 5.4.2 金相试样结果分析
• 5.4.3 夹杂物扫描结果分析
• 5.5 大样电解结果分析
• 5.5.1 大样电解样取样方法
• 5.5.2 大样电解实验结果分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表的论文