【摘要】：高速連鑄是當(dāng)今小方坯連鑄技術(shù)發(fā)展的重要方向,通過(guò)提高拉速不僅能達(dá)到減流增效的目的,更是實(shí)現(xiàn)小方坯連鑄連軋和無(wú)頭軋制的技術(shù)基礎(chǔ)。而連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)行為是小方坯高拉速連鑄能否順行和影響鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié),并且目前國(guó)內(nèi)外對(duì)高拉速小方坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)行為的物理模擬研究尚未涉足。因此高拉速小方坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)行為的研究具有重要的意義。本文以某鋼廠生產(chǎn)試驗(yàn)的160×160mm×mm斷面小方坯連鑄結(jié)晶器為原型,依據(jù)相似原理設(shè)計(jì)制作1:1水力模型,通過(guò)物理模擬方法研究了拉速達(dá)3.0~6.5m/min下小方坯連鑄結(jié)晶器在不同工藝條件下的流動(dòng)行為。另外,本文還對(duì)目前的物理模擬進(jìn)行了模型的完善,根據(jù)坯殼生長(zhǎng)規(guī)律設(shè)計(jì)了坯殼模型,并進(jìn)行了對(duì)比研究實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中,分析了浸入式水口(SEN)內(nèi)徑、SEN插入深度和拉速對(duì)結(jié)晶器液渣分布、液面波動(dòng)、沖擊深度和流場(chǎng)分布的影響。分別在拉速范圍3.0~4.5m/min和5.0~6.5m/min內(nèi)對(duì)SEN內(nèi)徑和插入深度參數(shù)進(jìn)行多輪優(yōu)化,最終得到不同拉速范圍的一套SEN參數(shù)和插入深度參數(shù)。通過(guò)大量的水模實(shí)驗(yàn)研究和綜合分析,結(jié)果表明隨拉速增大,上回流到達(dá)結(jié)晶器表面時(shí)間有所減小,結(jié)晶器液面活躍性增強(qiáng),液渣趨于不均勻覆蓋,甚至發(fā)生卷渣和流體裸露現(xiàn)象,流體沖擊深度變大;SEN結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)晶器的流動(dòng)狀態(tài)有很大的影響,增大SEN內(nèi)徑,流場(chǎng)形式基本相同,流股變粗,流體沖擊深度有所減小,結(jié)晶器液面活躍性基本呈現(xiàn)減小的趨勢(shì);SEN插入深度對(duì)結(jié)晶器的流動(dòng)也具有一定的影響,隨著插入深度增加,流股沖擊深度增大,結(jié)晶器液面趨于平靜,流體到達(dá)結(jié)晶器液面時(shí)間增大。多輪優(yōu)化得出不同拉速范圍下的SEN結(jié)構(gòu)參數(shù)和插入深度參數(shù)。高拉速下內(nèi)徑為40mm的SEN在插入深度為120mm時(shí)的結(jié)晶器流動(dòng)較為合理,液面波動(dòng)范圍為0.49~1.12mm,流股沖擊深度為550~580mm;超高拉速下內(nèi)徑為50mm的SEN在插入深度為160mm下的結(jié)晶器流動(dòng)較為合理,液面波動(dòng)范圍為0.75~1.35mm,沖擊深度為578~610mm。對(duì)載入坯殼后的結(jié)晶器流動(dòng)行為進(jìn)行水模擬,研究了多個(gè)SEN插入深度對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)的影響,并與未考慮坯殼的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果表明考慮坯殼前后的結(jié)晶器液渣分布和流場(chǎng)分布基本一致,但是考慮凝固現(xiàn)象后,結(jié)晶器的液面波動(dòng)有所增大,增加程度有所差異,最大增長(zhǎng)率為27%,說(shuō)明鋼液凝固收縮過(guò)程對(duì)結(jié)晶器表面波動(dòng)具有一定的影響。
【圖文】：

圖 1.1 連鑄過(guò)程中鋼液凝固成型過(guò)程Fig. 1.1 Solidification process of molten steel in continuous casting其中，連鑄結(jié)晶器因具有強(qiáng)烈的熱交換能力，所以被稱為連鑄機(jī)的 心在結(jié)晶器內(nèi)部存在鋼水的流動(dòng)和凝固、熱量的傳輸和坯殼應(yīng)力等復(fù)雜的學(xué)變化過(guò)程，因此鋼液、坯殼、保護(hù)渣和結(jié)晶器構(gòu)成了一個(gè)力學(xué)狀態(tài)和合的復(fù)雜體系。在對(duì)結(jié)晶器內(nèi)的傳輸行為的研究中，復(fù)雜體系可細(xì)分為流、凝固、夾雜物分布、溶質(zhì)再分配及鋼水靜壓力和熱應(yīng)力引起的應(yīng)變等對(duì)小方坯連鑄結(jié)晶器，一般采用直通型 SEN 進(jìn)行澆注，因此方坯凝固過(guò)輸行為及相關(guān)變化過(guò)程也與板坯連鑄有所差異，如圖 1.2 所示。結(jié)晶器流動(dòng)行為主要由 SEN 的結(jié)構(gòu)參數(shù)和所使用的生產(chǎn)工藝參數(shù)決定[7]。鋼 注入結(jié)晶器，主流股沿原來(lái)的路徑方向豎直向下流動(dòng)，其流動(dòng)速度在結(jié)液阻力作用下逐漸減小，直到與拉速相等后保持不變；同時(shí)，主流股邊液流動(dòng)方向發(fā)生偏移，主流股逐漸變得粗大，，形成喇叭狀的邊緣分散流分散流碰撞到結(jié)晶器壁后流動(dòng)方向發(fā)生改變，一部分鋼液向下運(yùn)動(dòng)而被

圖 1.2 小方坯結(jié)晶器內(nèi)的傳輸過(guò)程示意圖Fig. 1.2 The sketch map of transmission process in billet mold護(hù)渣對(duì)連鑄順行和連鑄坯質(zhì)量控制至關(guān)重要，其在結(jié)能[16]：絕熱保溫、減少鋼液熱量損失；防止彎月面鋼液器銅板之間的摩擦；均勻鑄坯與銅板之間的傳熱；吸部分液渣在彎月面結(jié)晶器壁處形成渣圈，其他液渣在與結(jié)晶器之間的縫隙，利于坯殼與結(jié)晶器之間的傳熱紋的產(chǎn)生。結(jié)晶器的振動(dòng)有利于脫模和促進(jìn)液渣進(jìn)入但是結(jié)晶器的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致液面波動(dòng)和產(chǎn)生振痕，從而鋼液的凝固收縮以及縫隙里液渣凝固使得坯殼與結(jié)晶了熱量的傳輸。保護(hù)渣的流動(dòng)性和吸收夾雜物的能力化速度則由結(jié)晶器表面鋼液的溫度和活躍性決定。鑄過(guò)程中，結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)和傳熱行為應(yīng)較常規(guī)拉速湍動(dòng)能有所增大，結(jié)晶器液面波動(dòng)有所增加，結(jié)晶器
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TF341.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2650574