【摘要】：本文采用水模型實(shí)驗(yàn)和工業(yè)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,對(duì)原型斷面為2040mmx200 mm,連鑄鋼種SUS304的寬板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流態(tài)、流場(chǎng)對(duì)稱(chēng)性、液而波動(dòng)、液面流速、液面卷渣以及結(jié)晶器內(nèi)的湍流特征(瞬時(shí)速度、脈動(dòng)速度、湍流動(dòng)能及耗散率、渦度、應(yīng)力率、雷諾應(yīng)力、相對(duì)靜壓力)等變化規(guī)律,氣液兩相流,以及連鑄坯表面振痕、皮下各層夾雜物的分布規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過(guò)對(duì)該廠寬板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流態(tài)、流場(chǎng)對(duì)稱(chēng)性、液面波動(dòng)、液面流速、湍流特征的分析以及考慮卷渣條件,得出了優(yōu)化結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)的措施：水口浸入深度由160 mm增加至180-200 mm;水口出口角度由+5°改為0°;連鑄拉速由0.8～0.85 m·min~(-1)提高至0.9～1.0 m·min~(-1)。該鋼廠對(duì)于優(yōu)化效果的考核指標(biāo)為連鑄坯表面修磨率,在優(yōu)化前鑄坯表面修磨率為100%,采取優(yōu)化措施的爐次對(duì)應(yīng)的鑄坯修磨率降為30%。寬板坯連鑄結(jié)晶器水-油模型中,油滴從油相脫離進(jìn)入水中的主要方式為窄面彎月面受上升流沖擊導(dǎo)致窄面局部裸露(沒(méi)有油相覆蓋),在油層較厚的部位油滴卷入結(jié)晶器內(nèi)部。在水口浸入深度為50 mm時(shí),若硅油粘度為5×10~(-5)m~2·s~(-1),滴脫離油相進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)部的臨界拉速為0.60 m·min~(-1);若硅油粘度為1×10~(-4)m~2.s~(-1),油滴脫離油相進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)部的臨界拉速為0.62 m·min~(-1);若硅油粘度為2×10~(-4)m~2·s~(-1),油滴脫離油相進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)部的臨界拉速為0.65 m·min~(-1)。在拉速為0425 m·min~(-1)時(shí),若硅油粘度為5×10~(-5)m~2.s~(-1),油滴脫離油相進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)部的臨界水口浸入深度為44 mm；若硅油粘度為1×10~(-4)m~2·s~(-1),油滴脫離油相進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)部的臨界水口浸入深度為35 mm；若硅油粘度為2×10~(-4)m~2.s~(-1),汕滴脫離油相進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)部的臨界水口浸入深度為23 mm。現(xiàn)場(chǎng)插釘實(shí)驗(yàn)顯示,寬板坯連鑄過(guò)程中,內(nèi)弧側(cè)和外弧側(cè)的液面高度以及液面流速并非完全一致,存在內(nèi)弧側(cè)與外弧側(cè)流場(chǎng)不對(duì)稱(chēng)的情況,說(shuō)明對(duì)稱(chēng)流不僅只是以水口為中心結(jié)晶器左右兩側(cè)流場(chǎng)的對(duì)稱(chēng),還應(yīng)包括以結(jié)晶器厚度方向中心面為對(duì)稱(chēng)中心,內(nèi)弧側(cè)與外弧側(cè)流場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)。寬板坯邊部振痕與拉坯方向夾角變化是上升流對(duì)窄面處彎月面的沖擊、結(jié)晶器振動(dòng)、鋼液凝固等綜合因素造成的；振痕間距的變化是彎月面形狀的變化在拉坯方向上的位移,理想振痕間距區(qū)間為5.96-9.96 mm。寬板坯表面的“褶皺”振痕形成機(jī)理為：在澆鑄過(guò)程中某一時(shí)刻,由于彎月面處于氣液兩相交匯處,又與結(jié)晶器銅板接觸,冷卻條件較好,由于彎月面不同位置處熱量傳輸?shù)募?xì)微差異,溫度較低的位置鋼液開(kāi)始凝固,凝固枝晶開(kāi)始生成,此處鋼液局部粘滯力增加,流動(dòng)性變差,與結(jié)晶器銅板短時(shí)間內(nèi)處于粘連狀態(tài),不能隨彎月面其他純液相同步自由變化,而是在較短的時(shí)間內(nèi)與結(jié)晶器振動(dòng)同步,使粘連部位動(dòng)能增加,由于結(jié)晶器的振動(dòng),粘連的部分從結(jié)晶器壁很快脫落,增加的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為波動(dòng),隨著坯殼向下移動(dòng)并生長(zhǎng),彎月面局部波動(dòng)異�，F(xiàn)象被永久的記錄在鑄坯表面,從而形成了局部的“褶皺”振痕。寬板坯表面“褶皺”振痕的形成過(guò)程中,由于其處于局部低溫,凝固枝晶開(kāi)始生成,形成的固液共存態(tài)粘滯力比周?chē)撘捍蠛芏?結(jié)晶器內(nèi)夾雜物上浮過(guò)程中若進(jìn)入“褶皺”振痕發(fā)生區(qū)被捕獲的概率大大提升,在結(jié)晶器彎月面“褶皺”振痕越容易產(chǎn)生的地方,夾雜物越容易被捕獲,該位置鑄坯夾雜物越多,潔凈度越差。而寬板坯內(nèi)弧面皮下2 mm,尺寸大于10μm的夾雜物數(shù)量密度的結(jié)果驗(yàn)證了上述推論的正確性,間接地驗(yàn)證了本文提出的“褶皺”振痕機(jī)理的合理性。另外,寬板坯皮下5 mm處夾雜物數(shù)量最多,數(shù)密度最大,鑄坯潔凈度最差,說(shuō)明結(jié)晶器中坯殼厚度為5 mm的位置夾雜物最容易被捕獲。
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【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TF777

【參考文獻(xiàn)】

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1 任磊;張立峰;王強(qiáng)強(qiáng);趙星;;304不銹鋼連鑄過(guò)程中結(jié)晶器渣圈形成機(jī)制[J];鋼鐵;2016年08期

2 李菲;任強(qiáng);李雅，

本文編號(hào)：2435118