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EMBr对CSP结晶器内冶金过程和铸坯质量的影响

刘光穆  
【摘要】:本研究以目前世界上最先进的第二代CSP连铸技术为研究对象,通过水力学模拟来分析无电磁制动时结晶器内钢水流动的流场,通过数值模拟和现场试验来研究电磁制动对结晶器内冶金过程及铸坯质量的影响,优化电磁制动工艺参数,达到提高铸坯质量的目的,为进一步提高CSP铸坯质量提供理论基础。 水力学模拟表明:结晶器内钢水的冲击深度可达800-1000mm,形成大范围的回流和涡流,使进入结晶器的夹杂物颗粒难以上浮。即使采用相同规格的水口,不同断面钢液的流态也有很大区别。为减少结晶器内钢液的不稳定和旋涡、回流等卷渣行为,改善其冶金过程,除优化浸入式水口结构外,还必须采用电磁制动等手段来达到进一步改善铸坯质量的目的。 围绕电磁制动数值模拟,本文首先利用动量原理,将钢水在结晶器壁面或铸坯凝固初凝壳前沿的动量转换为对固体界面的冲量,进而推出钢水对结晶器内壁或铸坯初凝壳冲击作用的半定量分析方法和模型:F_x/S=ρV_x~2-σV_xB_y~2·△r。其次,通过有、无电磁制动条件下,结晶器中钢水流场之间的速度差和湍动能差给出电磁制动使钢水减速和湍动能降低的幅度和区域,以此来评判电磁制动的效果。再者,对于钢水对结晶器内壁和铸坯初凝壳的冲刷作用,本文直接采用牛顿流体的内摩擦剪力模型τ=μ△V_z/△x,作为半定量方法来分析固体壁面所承受钢水冲刷的位置和相对强度。 针对钢水液面波动导致钢水表面卷渣问题,本文研究证明,液面的水平流速过大并偏流,导致在水口两侧产生的绕流涡流是卷渣的直接原因,而电磁制动可有效防止这种随机的表面涡流。 本文对4.5m/min拉速、1500mm×70mm断面的CSP连铸数值模拟表明,电磁制动使钢水注流的冲击深度减小45%,并在液面以下500-700mm发展为稳定的一维层流,有利于提高铸坯拉速、防止拉漏和纵裂;钢水液面的水平流速明显降低且无偏流,使水口两侧无涡流卷渣;钢水在结晶器窄边的回流流量比无电磁制动时增加4.4%,有利于夹杂物上浮和表面化渣;使钢水注流对结晶器窄边(最大)冲击位置上升40%,上升


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