立式板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器液面控流的物理模擬

1、第卷第期年月鋼鐵釩鈦，立式板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器液面控流的物理模擬趙志剛”，陳遠(yuǎn)清，施哲，胡坤太，仇圣桃（昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院，云南昆明；鋼鐵研究總院連鑄技術(shù)國家工程研究中心，北京）摘要：為研究低拉速下結(jié)晶器流動控制裝置對流場的影響，以寶鋼立式板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器為研究對象，采用：的物理模型進(jìn)行了水模試驗(yàn)，研究了兩種浸入式水口條件下液面加控流裝置與否、控流裝置位置及其插入深度對液面波動及流場分布的影響。研究表明：水口側(cè)孔傾角向下時(shí)，對流動模式的改變不大，但使得液面波動量有所減??；而水口側(cè)孔傾角向上時(shí)，控流裝置對流動模式有較明顯的改變，液面局部波動量增加明顯；控流裝置插入深度在一范圍內(nèi)，控流裝置

2、位置對液面波動的影響比插入深度顯著；結(jié)晶器流動控制裝置并不適用于低拉速條件下的板坯連鑄。關(guān)鍵詞：板坯連鑄機(jī)；結(jié)晶器流動控制裝置；浸入式水口；液面波動中圖分類號：耵文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號：（）鋤”，地吣加。吣嬲缸蛔，鋤，壓，量，呦嘣畸（兒腿，衄，；撕鼬鼬州胝讎蜥，酬，）渤鋤：施加叫幽血：，曲吼觚（）砒衄打鵲，缸鵲的鼬汕晰。哆叭學(xué)），（），蚰坨姍娼啪撕肌鷦舶、玨出，鴿、毋伽帥伽掃曲蛐姆；，砒丘衄，鼬跚肌衄鋤砸吼南印曲肌砒船印啪：岫鵲衙；缸）勱；啪收稿日期：作者簡介：趙志剛（一），男，山西朔州人，在讀碩士，主要從事連鑄過程仿真研究。萬方數(shù)據(jù)第期趙志剛等：立式板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器液面控流的物理模擬引言結(jié)晶器

3、是連鑄過程的主體設(shè)備之一，在連鑄過程中起著重要作用，因此研究結(jié)晶器鋼水的流動行為對提高鑄坯質(zhì)量具有重要意義。為了控制結(jié)晶器表面的駐波與湍流，除了采用合理的浸入式水口外，美國俄亥俄州立大學(xué)的研究人員提出在結(jié)晶器彎月面上插入一種結(jié)晶器流動控制裝置（）來改變上回流的流動路線，以抑制湍流或駐波的形成。為研究低拉速條件下結(jié)晶器流動控制裝置對流場的影響，以寶鋼特殊鋼分公司立式板坯連鑄機(jī)為研究對象，開展了物理模擬試驗(yàn)研究。側(cè)研究方法物理模型及試驗(yàn)裝置基于相似原理，建立板坯連鑄結(jié)晶器近似物理模型，如圖所示心】。鋼液在結(jié)晶器內(nèi)主要受到慣性力、重力和黏性力的作用，因此在保證原型和模型的尺和各自相等的條件下，建立：

4、物理模型舊，用有機(jī)玻璃制作結(jié)晶器物理模型，用水模擬鋼水。試驗(yàn)裝置如圖所示，主要由水路系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。試驗(yàn)采用“中間包一浸入式水口一結(jié)晶器一水泵一流量計(jì)一中間包”的閉環(huán)水路系統(tǒng)，流量計(jì)和塞棒分別用來調(diào)節(jié)拉速和控制液面穩(wěn)定。試驗(yàn)參數(shù)根據(jù)：的相似比，可得到試驗(yàn)過程中的工藝參數(shù)如表所示。試驗(yàn)采用了兩種結(jié)構(gòu)的浸入式水口，如圖所示。聘，點(diǎn)甚喜茹矍麓瓣黼耋她枷流量計(jì)水泵蛐擊?。┏昙?xì)腳啪瑚圖結(jié)晶器模擬試驗(yàn)裝置表試驗(yàn)選用的工藝參數(shù)們鷦瑚礴既豳眥注：水口的浸入深度指側(cè)孔上治到液面的距離。試驗(yàn)內(nèi)容及方法）結(jié)晶器液面波動的測量。試驗(yàn)采用中國水利科學(xué)院開發(fā)的型水工采集處理系統(tǒng)測量結(jié)晶器液面波動。三個(gè)點(diǎn)同時(shí)測量，

5、對稱布置于水口兩側(cè)，位置與測點(diǎn)分布如圖所示。在采集時(shí)間范圍內(nèi)，統(tǒng)計(jì)出大波平均波高作為波高測量值。每種情況都重復(fù)測量次取其平均值。）流場顯示。為了了解鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的流動軌跡，試驗(yàn)中在水口中部加入染色劑（墨水）使來流著色，用攝像機(jī)記錄下染色劑在結(jié)晶器模型內(nèi)的擴(kuò)散情況，可以近似再現(xiàn)鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的流動軌跡。試驗(yàn)結(jié)果及分析結(jié)晶器流動控制裝置對液面波動的影響萬方數(shù)據(jù)鋼鐵釩鈦年第卷霧鐲誑主窆糲爹從表可以看出，號水口條件下，由于側(cè)孔較小且傾角向上，流股出水口后直接沖擊液面，故液面波動量較大，局部區(qū)域（。測點(diǎn)）的波動量超過衄。插入后，大部分情況下的液面波動加劇，尤其是位于水口與窄邊中間的測點(diǎn)。的位置對液面波

6、動的影響較大。在位置時(shí)，窄邊附近的測點(diǎn)位于后側(cè)，液面流動被阻擋，液面擾動減小，故波動量減??；而。測點(diǎn)位于內(nèi)側(cè)，流股沖擊后沿上升進(jìn)而沖擊液面，造成內(nèi)側(cè)的擾動加劇，故波動量增大；。測點(diǎn)距較遠(yuǎn)，受到的影響較小，波動量基本不變。位于位置時(shí)，各測點(diǎn)的波動幾乎都加劇，只是當(dāng)插入深度為較深盆一（）水口（）水口圖水口結(jié)構(gòu)示意昏臼網(wǎng)（衄）時(shí)，后側(cè)的液面流動被阻擋，測點(diǎn)結(jié)晶表面的波動略有減小。位于位置時(shí)，內(nèi)側(cè)的。測點(diǎn)的波動量增大，加陀外側(cè)的。測點(diǎn)波動減小，。測點(diǎn)的波動在插入柵時(shí)略有增加，插入咖時(shí)略有減小。浸入深度對液面波動有一定影響，但影響程度比位置小得多，插入深度由衄增加到時(shí)，、。測點(diǎn)的波動量有所減小，。測點(diǎn)的

7、波動量有所增加。圖測點(diǎn)與位置從表可以看出，號水口條件下，由于側(cè)孔增瑚趾大且傾角向下，從水口流出的流股較分散，不會直接沖擊液面，而是流向窄邊，分散成上下兩個(gè)回旋區(qū)，因此液面較平穩(wěn)。不加時(shí)，液面波動量為一對各個(gè)拉速下的液面波動量取平均值，分析對不同水口條件下的液面波動的影響，如表所示，由表可見對液面波動的影響效果與浸入式水口結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。表衄，較為適中。加入后，各測點(diǎn)的液面波動均明顯減小，大部分波動量在砌以下，而且的位置及插入深度對液面波動的影響不明顯。位置和深度對各測點(diǎn)液面波動的影響曲歪疆釀伽伍仰眥硝伽從以上分析可知，在低拉速連鑄條件下，采用傾角向上的浸入式水口時(shí)液面波動過大，而加入后，液面波

8、動沒有很好地得到抑制，大多數(shù)情況下反而有所加劇，對連鑄過程不利；采用傾角向下的水口時(shí)液面波動較為適中，符合連鑄要求，而加入后，液面波動明顯減小，大部分都在衄以下，液面過于平靜，對連鑄過程也不利。結(jié)晶器控流裝置對流場的影響對不同水口條件下的結(jié)晶器顯示流場的影響如圖、所示?？梢姡诓煌乃跅l件下，對流場的影響效果有顯著不同。萬方數(shù)據(jù)第期趙志剛等：立式板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器液面控流的物理模擬水擋扳位于位霄擋板插八深度（曲無，：徹?zé)o；如）無，；（】有功；（）有，：有瑚旦曼圖對結(jié)晶器流場的影響（水口，拉逮）導(dǎo)腳洲丘（，眥功。木擋板忙于付胃擋板捕人湃度（）無，由：咖無，；（）無，；（）有，；（）有，；有，矗呂

9、腦洲丘（，舾石圖對結(jié)晶器漉場的影響（水口，拉速）從圖可以看出，水口、無的條件下，鋼水出水口后斜向上沖擊液面，到達(dá)液面的時(shí)間短，對液面擾動較大，因此液面波動較大；采用后，鋼水在沖擊液面的過程中被阻擋，一部分鋼水沿碉陀爬升進(jìn)而沖擊內(nèi)側(cè)的液面，這會使得擾動更大，波動加劇。從圖可以看出，。水口、無加的條件下，鋼水出水口后斜向下流向窄邊，沖擊窄邊后分散成下兩個(gè)回流，上回流流向水口，下回流向下流向鑄坯中心，上回流到達(dá)液面的路徑較長，強(qiáng)度較弱，因此液面較平靜；采用姍后，鋼水流出水口繞過沖擊窄邊后形成下兩個(gè)回流，上回流受到硼的阻擋，到達(dá)水口附近的高溫鋼水變少，將會導(dǎo)致水口附近液面不活躍、溫度低，對水口附近的化

10、渣不利。萬方數(shù)據(jù)鋼鐵釩鈦年第卷結(jié)論）對結(jié)晶器流場的影響與浸入式水口響較大，浸入深度的影響較小；水口條件下，位置和浸入深度對液面波動的影響不明顯。）在低拉速條件下，不能較好地控制液面波動，使得液面波動過大或過小，不建議在連鑄過程中使用。結(jié)構(gòu)有關(guān)；水口條件下的流場形式有較大改變，液面波動加??；。水口條件下的流場形式改變較小，液面波動明顯減小。）。水口條件下，位置對液面波動影參考文獻(xiàn)趴目坩，衄，明晡伽眥塒姍唧啪，（）：一（黨愛國，任子平，陳遠(yuǎn)清板坯結(jié)晶器內(nèi)流場的物理模擬及分析鋼鐵釩鈦，（）：一）鋤鋤，徹嘲曲髓鋤妣岫咀曲鈀州哪，（）：（潘秀蘭，馮士超，王艷紅鋼水夾雜物研究與控制技術(shù)的最新進(jìn)展世界鋼鐵，

11、（）：），訕出把血瓶，咄船砌，（）：（趙志剛，胡坤太，陳遠(yuǎn)清立式板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器內(nèi)液面波動的物理模擬特殊鋼，（）：一）編輯余文華（上接第頁）參考文獻(xiàn)咖缸瑚砒曲阻啪叫唱眥岫，蚰，跚鋤眥鈀觚唧啊唧，（）：（黃守華，潘競業(yè)，張榮祿攀鋼高爐渣熔融還原碳化半工業(yè)試驗(yàn)研究鋼鐵釩鈦，（）：）鋤哦蜘船略蚰衄岫幽脫：仃瞄，：（王喜慶釩鈦磁鐵礦高爐冶煉北京：冶金工業(yè)出版社，：）岫，：吼，丑皿妒扯矗鋤強(qiáng)乜眥鵠（）：（葉大倫，胡建華實(shí)用無機(jī)物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊（第二版）北京：冶金工業(yè)出版社，：一）珊觚仰鮑嘶撕址哪自哪坨岫惦町目嘲，（）：（彭毅碳化攀鋼高爐渣低溫選擇氯化的熱力學(xué)分析鈦工業(yè)進(jìn)展，（）：）編輯楊冬梅萬方數(shù)據(jù)立式

12、板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器液面控流的物理模擬作者：作者單位：趙志剛， 陳遠(yuǎn)清， 施哲， 胡坤太， 仇圣桃， Zhao Zhigang， Chen Yuanqing， Shi Zhe， HuKuntai， Qiu Shengtao趙志剛,Zhao Zhigang(昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院,云南昆明 650093;鋼鐵研究總院連鑄技術(shù)國家工程研究中心,北京 100081)， 陳遠(yuǎn)清,胡坤太,仇圣桃,Chen Yuanqing,Hu Kuntai,Qiu Shengtao(鋼鐵研究總院連鑄技術(shù)國家工程研究中心,北京,100081)， 施哲,Shi Zhe(昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院,云南昆明,650093)鋼鐵釩鈦Iron Steel Vanad