板坯连铸结晶器内钢液表面流速的水模型研究

基于现有设备及工艺条件下，板坯连铸机在生产过程中极其容易出现结晶器钢液面卷渣、翻钢以及铸坯表面出夹渣等严重现象。本文主要构建水模型，分析板坯结晶器液卷渣现象，探究其卷渣原因，基于控制水口结构参数以及工艺参数下，对卷渣影响因素进行系统分析，进而提出改进措施。

采用数值模拟的方法,建立了描述某厂结晶器内钢液流动的数学模型;用有限体积法求解,研究了结晶器内的钢液流动行为,详细分析了结晶器浸入式水口(sen)插入深度、侧孔倾角和拉速对结晶器内钢液流场的影响。得出了适合该厂连铸工艺条件的浸入式水口形式和拉坯速度,即水口合理的出口倾角应为向下15°左右;在水口结构一定条件下,水口插入深度140～170mm比较适宜;合理的拉速应控制在1.4～2.0m/min。

根据现场调研结果,采用物理模拟和数学模拟相结合的方法,系统地研究了浸入式水口单侧结瘤对结晶器内流场、液渣层以及气泡的影响,同时,还考察了不同体积的结瘤物脱落进入结晶器后的运动轨迹。研究结果表明,水口单孔结瘤将导致结晶器两侧流场不对称。相比较于结瘤侧,未结瘤侧流量增加,流股冲击增强,保护渣卷入钢液的几率增大,同时,未结瘤侧的气泡数量增多,气泡穿透深度增大。此外发现,不同体积结瘤物脱落进入结晶器后,粒径较大者更容易上浮至结晶器液面。

主要阐述了承钢提钒钢轧二厂为提高产品质量,降耗增效,提出了结晶器流场存在的问题,围绕着改善结晶器流场的思路,重点从保护浇注、振动、浸入式水口方面入手对结晶器流场进行了优化,在生产中取得了显著效果。

以150mm×1600~3250mm宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用大型商业软件ansyscfx10.0建立了1个三维有限体积模型,对结晶器内钢液的流动进行数值模拟。研究了拉速、浸入深度、水口倾角、断面宽度等工艺参数对结晶器内流场和窄面冲击压力的影响。结果表明:随着拉速的增大,表面流速和钢液对窄面的冲击压力都显著增加,采用较大的水口倾角和浸入深度,可以抑制液面波动,减少卷渣。

针对莱钢3#板坯连铸机结晶器振动装置存在的问题,对其进行改造。采用液压振动装置来代替四轮偏心式机械振动装置,建立结晶器重量及振动单元模型,应用ansys对系统的模态分析及瞬态分析计算。热试结果表明,采用结晶器液压振动装置,可有效改善铸坯质量。

天钢3号连铸机结晶器原为机械振动,其振动不平稳,维修成本高,影响初生坯壳在结晶器内的脱模及润滑,铸坯质量也受到影响.对3号连铸机结晶器振动方式进行了改造,由原设计的四偏心式机械振动装置改为液压振动.改造后,实现了在线调控振动波形、振动振幅及振动频率的目的,铸机拉速提高,铸坯振痕深度和铸坯边裂发生率降低,连铸机生产过程中的振动更加稳定,铸坯质量得到进一步提高,在一定程度上也减少了漏钢事故的发生几率.

研究了南京钢铁集团公司炼钢厂1000mm×180mm板坯连铸结晶器喂铝丝的工艺,结果表明,在铸坯拉速1.09～1.22m/min、铝丝喂速15～20m/min、喂铝量167.26～249.61g/t时,铸坯al含量均匀,改善了q345q钢板材的机械性能。

针对不锈钢板坯结晶器的特点建立了数学模型,考察了浸入式水口的出钢孔倾角、插入深度、拉速、板坯宽度等对结晶器内钢液流场的影响,为实际生产中浇注工艺参数的确定提供了理论依据,并在其后的生产中得到了应用。

国内某厂2台板坯连铸机在生产过程中,发生的粘结漏钢事故全部集中在1号铸机之上。观测发现1号铸机生产的铸坯表面振痕相对更为紊乱,因此结晶器振动状态不良是造成粘结漏钢的主要原因,有必要对其进行检测。设计并制造了一种便携式板坯连铸结晶器振动检测装置,其由数据处理计算机、数据线、加速度传感器组成,同时开发了一套界面友好、操作简便的振动检测系统软件,可对结晶器振动情况进行检测和数据采集,并通过软件快速自动生成关于结晶器振动频率、振幅、偏摆、振动速度、振动位移及轨迹的分析报告,具有装卸简便、稳定可靠、精度高的特点。检测结果表明,1号铸机的结晶器振动偏摆量可达到0.6mm以上,振动速度曲线不符合正弦函数规律。为此,对该铸机的结晶器振动装置进行了改进,粘结漏钢频率由6次/月降低到0~1次/月。

基于热电偶实测温度,建立了包晶钢宽厚板坯连铸结晶器有限元传热模型和热流密度非线性估算模型.应用模型反算获得包晶钢宽厚板坯结晶器的热流密度,在与热平衡计算得到的平均热流密度进行比较后,阐述了模型的有效性,并分析了实际生产条件下结晶器铜板的温度分布规律.结晶器宽面和窄面的平均热流密度分别为1.141和1.119mw·m~(-2).温度在靠近结晶器背面呈波浪形分布,最大温差为29.6℃,然而在远离背面位置,温度变化平缓.随距弯月面距离的增加,温度呈降低趋势,然而在距结晶器出口附近出现回温现象.同时宽厚板坯连铸结晶器的热流密度和温度分布均有别于传统板坯连铸.

为研究结晶器内钢液流场,通过对工艺参数的优化,进一步提高铸坯质量,以天津钢铁集团有限公司4#-vai板坯连铸结晶器为原型进行水模试验,通过调节拉速、水口浸入深度,研究了结晶器内流场形态、液面波动、流场冲击深度和保护渣形貌等的变化情况。模拟试验表明,在现有参数和水口尺寸情况下,结晶器流场合理、液面渣层平稳、坯壳厚度均匀,能够满足铸坯质量要求。

在连铸生产工艺中,结晶器中钢水液面的波动必须保持在一定范围内,否则将直接影响拉坯质量,造成拉漏事故。采用钢水液面控制仪,可将结晶器中的钢水稳定在一定的范围内,大大提高拉坯质量,避免拉漏现象的发生。

本检测装置主要用于小方坯连铸结晶器钢水液面自动检测和参予结晶器钢水液面自动控制,以稳定连铸操作和实现操作最佳化,从而提高铸坯质量和开拓新品种。本检测装置是基于钢水的电涡流效应工作的。它由三部份组成:(1)激励线圈和振荡器用以产生一次交变磁通,并使其穿过被测钢水液面,在钢水中感应出电涡流,进而产生二次磁通;(2)检测线圈用以检测电涡流产生的二次磁通变化,并感应出电压信号,该电压信号的强弱反映了钢水液位高低;(3)信号处理电路对检测线圈感应出的电压信号进行放大、处理,最后输出标准电压信号和电流信号。本装置主要技术指标:

以低碳钢种q235b、250mm×1600mm铸坯为研究对象,在某钢厂采用连铸结晶器振动喂钢带技术,往连铸结晶器钢水中喂送低碳钢带。研究了连铸结晶器振动喂钢带对铸坯的组织结构以及性能的影响,结果表明,采用连铸结晶器振动喂钢带技术,连铸坯中心疏松与宏观偏析分散且有所减轻,可改善其宏观组织结构质量,降低轴向区域化学非均质性,以及提高厚轧板的可塑性。

介绍板坯连铸机结晶器监控系统(漏钢预报系统)的工艺特点、基本结构和工作原理,通过精确的检测手段,来实现实际生产中的漏钢预报功能,对目前造成系统误报的因素进行分析,提出优化方案,取得好的生产效果。

应用数值模拟软件对唐钢中薄板坯连铸结晶器及浸入式水口内的钢水流场、温度场进行数值模拟,分析了水口结构、拉速、浸入深度和铸坯断面对流场和温度场的影响,在此基础上确定了水口的最佳结构和浸入深度,并在生产中进行了验证,不但提高了铸坯质量和产量且稳定了连铸生产。

介绍了差动涡流式连铸结晶器钢水液位仪的基本原理及构成。仪器可测量0～150mm的钢水液位变化。传感器的核心部分为1个发射线圈和2个接收线圈。信号放大单元采用差动调幅原理,提高了信噪比,扩大了量程。针对结晶器钢水液位测量的特殊性,放大信号再经信号处理单元的若干环节处理成可靠的、适于钢水液位控制的4～20ma线性隔离输出信号。

在连铸实验装置上，以低熔点pb-sn-bi合金和硅油分别模拟钢液和保护渣，对施加电磁场前后弯月面区域金属流态进行了试验研究。结果表明：双条形电磁场对弯月面区域金属运动速度有较强抑制作用；能够改善连铸坯初凝固壳生成和生长的条件。

针对薄板坯连铸低碳铝镇静钢结晶器液位波动的问题,从现场操作、工艺优化、设备维护等方面对造成液位波动的原因及影响因素进行了分析。在此基础上采取了相应的措施,使浇铸过程中结晶器液位波动到了很好的控制,满足了生产需求。

通过数值模拟研究了304不锈钢200mm×1550mm板坯结晶器内用原水口时的钢液流场及钢-渣界面的特征。结果表明,原水口的结晶器流场的上回流过强,钢-渣界面的不稳定,结晶器窄边渣液层薄,易发生卷渣和钢液裸露;最优化水口结构为将原水口v型底部改成凹型、增加水口出口形状的锥度、向上倾角10°。

通过采用cs137替代co60检测结晶器液位,对攀钢1#方坯连铸机结晶器液位控制系统进行了改造。结果表明,采用cs137检测能有效地消除co60检测存在的缺陷,取得了很好的效果。