寬板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)流動形態(tài)試驗研究

1、1寬板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)流動形態(tài)試驗研究孫彥輝1韋耀環(huán)1蔡開科1何礦年2肖寄光2廖衛(wèi)團2（1北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京100083；2韶鋼松山股份有限公司，韶關(guān)512123）摘要：結(jié)合某廠寬板坯連鑄結(jié)晶器的四種斷面尺寸，采用1:1水模型進行試驗，研究了結(jié)晶器內(nèi)流體的流動形態(tài)。通過觀察流場現(xiàn)象得到了結(jié)晶器內(nèi)的流動模式有“雙輥式”、“準雙輥式”、“單輥式”、“混合式”四種，并提出了結(jié)晶器內(nèi)較優(yōu)的流體流動形態(tài)是“雙輥式”流動。關(guān)鍵詞：水

2、模型結(jié)晶器流動形態(tài)ExperimentalResearchofFlowPatternsintheWideSlabContinuousCastingMoldSunYanhui1WeiYaohuan1CaiKaike1HeKuangnian2XiaoJiguang2LiaoWeituan2(1.SchoolofMetallurgicalEcologicalEngineeringUniversityofScienceTechnologyBei

3、jingBeijing100083China2.SGISSongshanCo.LtdShaoguan512123China)Abstract:Basedonfoursectionsizeofwideslabcontinuouscastingmoldofaplantawatermodelwith1:1ratiohasbeenusedtotesttheflowpatternsinthemold.Accdingtothephenomenono

4、fflowinthemoldfourflowpatternshavebeenobtainedsuchas“doubleroll”“quasidoubleroll”“singleroll”“combinedroll”.Asaresultitisadvisedthattheoptimumofflowfminthemoldis“doubleroll”.KeyWds:WatermodelMoldFlowpatterns1前言前言鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的

5、流動行為與鑄坯中的卷渣、卷氣、裂紋等許多質(zhì)量問題直接相關(guān)，因此前人對在不同的工況條件下，如不同的拉速、水口吹氣量、水口浸入深度、水口內(nèi)徑、水口底部結(jié)構(gòu)、水口吐出孔數(shù)等做了很多相關(guān)的結(jié)晶器內(nèi)流動行為的水模和數(shù)模研究，并得出了不同的工藝優(yōu)化參數(shù)[1~5]。對于結(jié)晶器內(nèi)流體的流動模式，前人通過試驗觀察得到最多的就是四旋渦式流場，也是結(jié)晶器內(nèi)最希望得到的流動模式，而首先定義結(jié)晶器流場模式分為“雙輥式”和“單輥式”的是Thomas[6]。由于結(jié)晶

6、器內(nèi)的流體運動行為對鑄坯質(zhì)量具有重要的影響，故研究結(jié)晶器內(nèi)鋼液的整體流動模式，并具體分析各種流動模式的特點，進而弄清鑄坯質(zhì)量問題的來源，這對防止保護渣的卷入、氣泡的捕捉以及凝固坯殼的不均勻生長都有重要的意義。2試驗方法與裝置試驗方法與裝置水模型是遵循相似原理、以模型與原型之間的幾何相似為基礎(chǔ)、用模型來模擬原型物理現(xiàn)象的方法。水模擬不受方程式、邊界條件的限制，可以定性、定量的對結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動狀況進行研究。連鑄過程中鋼液流動受到了慣性力

7、、重力、粘性力的作用，為了確保模型結(jié)晶器內(nèi)流體的流動特征同原型結(jié)晶器內(nèi)的相似，應(yīng)保證兩者的動力學(xué)和幾何相似[78]。采用Fr準數(shù)模型，保證模型同原型的Fr數(shù)相等，而Re數(shù)處于同一自模劃區(qū)，則有：ppmmppmmlvlvglvglv2222???式中：m－代表模型；P－代表原型。3的；“準雙輥流”還減少了流股對窄邊的沖刷，有利于坯殼的均勻生長?？梢姡p輥流動在結(jié)晶器內(nèi)是較理想也是最希望獲得的一種流動模式。不過它也有不足：在吹A(chǔ)r氣時，氣泡

8、由于下回流股的作用有時被沖擊到結(jié)晶器底部很深的位置（試驗觀察到大約1000～1300mm），由于氣泡沖擊深度大，有可能不能全部上浮而被初生凝固坯殼捕捉，形成氣孔；“雙輥式”還因為結(jié)晶器寬度小，主流股能沖擊到窄面，不利于窄邊坯殼的均勻生長。圖2“雙輥式”流動示意圖Fig.2Schematicof“doubleroll”flowinthemold3.2“單輥式”流動這種流動模式是上回旋明顯，下回旋不明顯，主要發(fā)生在吹氣量較大（≥3Lmin）

9、，如圖3所示。當結(jié)晶器寬度為1800～2300mm時，因結(jié)晶器寬度相對較小，流股有少部分沖擊到窄面，而大部分在距窄面大約100～300mm的位置就向上偏移，然后沖擊液面（尤其是14一帶的液面），但沒有下回旋或下回旋不明顯，氣泡被沖擊到結(jié)晶器底部大約700～900mm，比“雙輥式”流動時減小了約30%。當結(jié)晶器寬度為2800～3250mm時，因為寬度大流股沖擊不到窄邊，而是在距窄邊400～500mm的范圍內(nèi)就向上偏移?！皢屋伿健绷鲃拥膬?yōu)點

10、是：由于吹氣量大，使得水口內(nèi)的氣液充分混合，形成了“泡沫流”，減少了水口結(jié)瘤與偏流的發(fā)生；由于沖擊到窄面的流股量少，減少了流股對窄面坯殼的沖刷。其缺點是：由于吹氣量大，使得上回流股向上偏移嚴重，造成液面波動過大，易引起卷渣；根據(jù)文獻[9]指出，鑄坯60%的缺陷是由結(jié)晶器內(nèi)液面波動過大而引起的卷渣現(xiàn)象造成的；再者此流動模式只有上回旋，沒有下回旋，不利于夾雜物的吸附上浮去除，以及表面和窄邊的熱量交換，易引起結(jié)殼的發(fā)生。因此“單輥式”流動在結(jié)