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电磁搅拌下圆坯结晶器内夹杂物运动行为研究

裴红彬  
【摘要】:夹杂物对钢的性能有重要影响,钢的全氧含量在精炼之后可以达到10ppm以下,可由于连铸过程中二次氧化和卷渣等原因,钢的全氧含量有所回升,造成铸坯中夹杂物含量增加。结晶器电磁搅拌技术可明显改善铸坯质量、提高钢的洁净度,被广泛应用于连铸生产。目前国内外冶金学者对电磁搅拌下结晶器内流场和夹杂物行为进行了较多的数学模拟和工业试验研究,但是关于物理模拟特别是水模拟的研究报道还比较少。 本论文以某钢厂大圆坯连铸结晶器为原型,根据相似原理建立了1:1的物理模型,使用水模和机械搅拌来模拟电磁搅拌下圆坯结晶器内的钢液流场。经过结晶器内流场和速度场的测量,不断改进搅拌桨的形状,保证了结晶器内机械搅拌产生的流场与电磁搅拌下的流场的相似性,开创了模拟结晶器电磁搅拌的新方法。 通过数学模拟和水模实验研究了使用直通水口和旋转水口时结晶器内的流场形态和夹杂物运动轨迹得知,使用两个水口都会形成上下两个回流区,旋转水口比直通水口的钢液冲击深度浅,回流区的位置明显比直通水口靠上,并且结晶器内钢液有一定的切向速度,有利于夹杂物的上浮去除和热区中心的上移。 由水模实验研究了拉速、搅拌强度等对流场和夹杂物上浮率的影响。拉速增加使直通水口和旋转水口的冲击加深,夹杂物去除率降低。电磁搅拌能将水口流股的冲击速度转化为切向速度,降低直通水口的冲击深度和减弱旋转水口对坯壳的冲刷,为夹杂物的聚集上浮创造了有利条件。使用旋转水口时搅拌强度越大,夹杂物的上浮率越高;使用直通水口时,随着搅拌强度增加夹杂物的上浮率先升高后降低,当搅拌转速48rpm(搅拌区最大切向流速约0.25m/s)时,夹杂物的上浮率最高。 使用数学模拟对比分析了无电磁搅拌时两种水口的液面状态,并通过水模实验研究了使用不同水口时拉速及搅拌强度对保护渣覆盖情况的影响。研究得知:无电磁搅拌时,使用旋转水口时液面切向速度远大于直通水口,可达到0.15m/s,渣钢界面活跃,弯月面温度能提高11℃,利于化渣,能有效防止液面结壳;施加电磁搅拌之后,使用直通水口时水口附近有较大的中心漩涡,液面波动大,而使用旋转水口时的液面波动小,液面流速相对较低,不容易发生卷渣。


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