45雙流大板坯中包結晶器模擬研究及應用效果分析6-17

1、雙流大板坯中包結晶器模擬研究及應用效果分析張永亮段建平楊紅崗（山西太鋼不銹鋼股份有限公司太原030003）摘要：本研究針對雙流大板坯連鑄機中間包死區(qū)較大，停留時間短，導致鋼水溫度不均勻，夾雜物不易上浮等問題，對中間包進行模擬研究，優(yōu)化中間包內(nèi)腔結構，改善鋼液流動，實際應用效果表明，鋼中夾雜物減少，鑄坯質(zhì)量有較大改善。在結晶器內(nèi)由于浸入式水口開口角度和浸入深度等因素造成化渣困難，影響鑄坯質(zhì)量，通過模擬研究后，優(yōu)化了的水口角度和浸入深度，不

2、僅改善鑄坯質(zhì)量，還可進一步提高拉速，提高產(chǎn)量。關鍵詞：中間包，結晶器，模擬研究SimulatedStudyApplicationAnalysisfTundishMoldofTwoStrSlabZHANGYongliangDUANJianpingYANGHonggang(ShangxiTaigangStainlessCpationLimitedTaiyuan030003)AbstractAbstract:Theconfigurationo

3、ftwostrtundishhadbeenstudiedinthetext.Becauseithasmanyproblems.Thedeadvolumefractionislarger.Theresidencetimeofliquidsteelissht.Thetemperatureofsteelisnounifm.Theinclusionisdifficulttoremove.Theconfigurationoftundishhadb

4、eenstudiedinwatermodelingexperimenttooptimizethetundishconfigurationtoimproveflowingofsteeltodecreaseinclusion.Thesubmergedentrynozzlehadbeenstudiedinwatermodeling.Becausethetiltingangledepthofsubmergedentrynozzleisnotsu

5、itabletomeltdifficultmoldpowdertoinfluencequalityofslab.Theparameterofsubmergedentrynozzleisoptimizedthroughtheexperiment.Thequalityofslabisimprovingthecastingspeedcanbeenheightenedtoincreaseoutputofslab.KeyKeywdswds:tun

6、dishmodelsimulatedstudy1、前言連鑄中間包是連接大包與結晶器之間的過渡容器，不僅是穩(wěn)壓、分配鋼液、保證鋼液連續(xù)澆鑄的緩沖容器，還是防止鋼渣進入結晶器、去除鋼液中非金屬夾雜物、均勻鋼液溫度等保證鑄坯質(zhì)量的關鍵設備。連鑄中間包內(nèi)的結構設計對中間包內(nèi)流體的流動行為、非金屬夾雜物的上浮以及均勻鋼水溫度等起著非常重要的作用，對中間包內(nèi)腔結構優(yōu)化設計，是獲得較優(yōu)的中間包流場及提高鑄坯質(zhì)量的有效手段，實踐證明利用水模型對中間包進

7、行物理模擬研究是尋找合理、有效控流元件的直觀和方便的方法，最終可獲得較優(yōu)的中間包流場[14]。結晶器內(nèi)流體的流動行為主要影響鑄坯的凝固，合理的結晶器流場可以減輕結晶器內(nèi)鋼液面波動，減小流股在結晶器內(nèi)沖擊深度，從而防止結晶器保護渣的卷入，促進鋼水中夾雜物和氣泡的上浮去除，防止結晶器窄面鑄坯初生坯殼的不均勻生長，而結晶器內(nèi)的鋼液流場和溫度場主要取決于浸入式水口的參數(shù)等[57]，同樣通過水模型實驗可獲得較優(yōu)的水口參數(shù)。本文針對60t雙流大板坯

8、中間包結構不合理導致死區(qū)較大、鋼水溫度不均勻，以及結晶器水口參數(shù)不合理引起保護渣化渣困難等問3.1.1原中間包實驗原T型中間包內(nèi)部結構沒有沖擊槽和堰，只在出水口處設有小壩，結構如圖3所示（由于雙流中間包是對稱結構，只研究其中一流的流動特性）。實驗測定采用長水口澆注的RTD曲線并計算得到原中間包流體流動的特性，如表1所示（01為原中間包實驗），原結構中間包最小停留時間tmin與濃度峰值時間tmax都比較短，僅為54s和104s，而死區(qū)體積

9、分率較大，達到24.13%，這對均勻鋼液溫度和非金屬夾雜物的去除是非常不利的。造成最小停留時間短的原因是原中間包結構設置的壩高度較低而且沒有堰，從T形口出來的鋼液越過壩從出口直接流出。圖3原中間包結構Fig3iginalstructureoftundish圖4優(yōu)化后中間包結構Fig4Optimizationstructureoftundish3.1.2壩堰對流場的影響在原中間包結構的基礎上增設堰，結構如圖4所示，實驗研究了堰與壩的相對位

10、置對流場的影響。實驗結果如表1所示，由實驗結果可知，與原結構相比都有所改善。實驗研究了三種壩堰組合位置，由實驗結果可知，在位置三的情況下，中間包的各種參數(shù)都相對較優(yōu)。3.1.3增加湍流控制器后流場的影響在確定了最佳壩堰組合（位置三）后，在長水口處增設湍流控制器，從湍流控制器流出的流體大部分向上游流動，增長了流體流動的路徑，減小流體流動速度，當流出的流體到達擋渣堰后，先沿著堰向下流動，撞到包壁后沿包壁向下流動，從而在堰壩與中間包端部之間形

11、成一個回流，死區(qū)體積由原來的24.13%減小到現(xiàn)在的8.59%。由于流體流動曲線迂回曲折，從而延長了流體在中間包的停留時間，改善了中間包流場，有利于夾雜物上浮去除。3.2結晶器實驗結果與分析3.2.1浸入式水口進入深度對流場的影響本實驗研究了雙流大板坯結晶器浸入式水口出口傾角在不同浸入深度下對結晶器壁面沖擊點的影響，由實驗結果圖5可知，在同一浸入深度下，隨出口傾角的增大，沖擊深度加深，在同一出口傾角下，隨浸入深度的增加，沖擊深度加深。在

12、連鑄過程中結晶器的沖擊深度越小越好，沖擊深度減小，鋼液流股對結晶器下部鋼液的沖擊減小，有利于結晶器內(nèi)夾雜物上浮，減小下部鋼液的傳熱負荷，能起到改善鑄坯質(zhì)量的作用，對已凝固的坯殼的沖擊減小，減少了由于沖擊引起的鑄坯表面質(zhì)量問題。由實驗可知，要降低沖擊深度，需將浸入式水口出口傾角減小，但是，出口傾角減小，結晶器液面波動增加，增加了表面卷渣引起的鑄坯缺陷。在結晶器操作重要綜合考慮，沖擊深度與表面波動的關系。圖5水口浸入深度對沖擊深度的影響Fi