寬板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)形態(tài)試驗(yàn)研究

1、1寬板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)形態(tài)試驗(yàn)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(tuán)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(jìn)行試驗(yàn)，研究了結(jié)晶器內(nèi)流體的流動(dòng)形態(tài)。通過觀察流場現(xiàn)象得到了結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)模式有“雙輥式”、“準(zhǔn)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(dòng)形態(tài)是“雙輥式”流動(dòng)。關(guān)鍵詞：水

2、模型結(jié)晶器流動(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(duì)于結(jié)晶器內(nèi)流體的流動(dòng)模式，前人通過試驗(yàn)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(dòng)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(yùn)動(dòng)行為對(duì)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(dòng)模式，并具體分析各種流動(dòng)模式的特點(diǎn)，進(jìn)而弄清鑄坯質(zhì)量問題的來源，這對(duì)防止保護(hù)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(yàn)方法與裝置試驗(yàn)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(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)狀況進(jìn)行研究。連鑄過程中鋼液流動(dòng)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(dòng)特征同原型結(jié)晶器內(nèi)的相似，應(yīng)保證兩者的動(dòng)力學(xué)和幾何相似[78]。采用Fr準(zhǔn)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(zhǔn)雙輥流”還減少了流股對(duì)窄邊的沖刷，有利于坯殼的均勻生長?？梢?，雙輥流動(dòng)在結(jié)晶器內(nèi)是較理想也是最希望獲得的一種流動(dòng)模式。不過它也有不足：在吹A(chǔ)r氣時(shí)，氣泡

8、由于下回流股的作用有時(shí)被沖擊到結(jié)晶器底部很深的位置（試驗(yàn)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?yàn)榻Y(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(dòng)示意圖Fig.2Schematicof“doubleroll”flowinthemold3.2“單輥式”流動(dòng)這種流動(dòng)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(dāng)結(jié)晶器寬度為1800～2300mm時(shí)，因結(jié)晶器寬度相對(duì)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(dòng)時(shí)減小了約30%。當(dāng)結(jié)晶器寬度為2800～3250mm時(shí)，因?yàn)閷挾却罅鞴蓻_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?dòng)的優(yōu)點(diǎn)

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(duì)窄面坯殼的沖刷。其缺點(diǎn)是：由于吹氣量大，使得上回流股向上偏移嚴(yán)重，造成液面波動(dòng)過大，易引起卷渣；根據(jù)文獻(xiàn)[9]指出，鑄坯60%的缺陷是由結(jié)晶器內(nèi)液面波動(dòng)過大而引起的卷渣現(xiàn)象造成的；再者此流動(dòng)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(dòng)在結(jié)