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宽板坯连铸结晶器浸入式水口结构参数优化的数值与物理模拟研究

李俊桥  
【摘要】:随着连铸技术的迅速发展和不断对高质量钢材需求的增长,结晶器和浸入式水口的冶金作用越来越重要。连铸结晶器内的钢液流动行为对铸坯质量起决定作用,它直接影响结晶器内钢液的传热以及夹杂物的上浮。不合理的结晶器流场会严重影响铸坯的质量及连铸生产的顺行,而结晶器内钢液的流动状态除受拉速、吹气量等工艺参数影响之外,很大程度上还受到水口结构参数的影响。因此,优化及研究浸入式水口结构参数,对于改善铸坯质量、确保连铸生产顺行具有重要意义。 本文以某厂新建的3#板坯连铸机结晶器为研究对象,通过物理模拟和数值模拟研究了浸入式水口结构参数(水口底部形状、水口倾角、水口侧孔面积比,侧孔形状等)对结晶器内流场的影响规律。并在此基础上对该厂的原用水口进行了优化,提出宽板坯结晶器的流场的评价标准。 采用物理模拟和数值模拟方法对各断面结晶器水口进行优化设计。结果表明使用原用水口,结晶器上循环流较弱导致结晶器液面过死,结晶器弯月面以及边部容易产生渣圈或渣条,妨碍液态保护渣流入结晶器铜壁与坯壳之间进行润滑,增大了结晶器内的摩擦力,增大了出现粘接漏钢的几率,对于宽度较大的断面甚至出现流股达不到结晶器窄边的情况。针对原用水口存在的这些问题,通过改变水口底部形状、水口侧孔面积比、水口侧孔倾角,设计了一系列的新水口方案,通过模拟择优选出了三个最适合现有工艺条件下浇注的浸入式水口。250mm×(2000,2200)mm断面结晶器共用底部形状为平底、侧孔倾角为-15°,侧孔面积比为2.21、侧孔高宽比为1.19的优化水口,250mm×2500mm断面结晶器采用底部形状为平底、侧孔倾角为-15°、侧孔面积比为1.81、侧孔高宽比为1.42的优化水口,300mm (2000,2200,2500)mm断面结晶器共用底部形状为平底、侧孔倾角为-12°、侧孔高宽比为1.25、侧孔面积比为1.59的优化水口。水口的插入深度控制范围为140mm-160mm,拉速范围在0.8m min-1.3m min。在避免液面卷渣的前提下,优化水口有效的增强了上循环流强度,获得了较为理想的流场,提高了铸坯的质量。


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