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大方坯SEN的设计优化与结晶器流场的物理模拟

雷加鹏  
【摘要】:现代连铸生产普遍采用浸入式水口浇注技术。水口的结构参数与浇注工艺参数直接影响着结晶器内钢液的流场和温度场,进而决定了铸坯的表面质量和内部组织结构。因而,优化浸入式水口的结构参数和工艺参数意义重大。 本文以某钢厂大方坯结晶器为研究对象,基于相似原理建立了1:1的水模型,结合示踪剂法和摄影法等实验技术,对使用单孔、四孔、五孔和八孔SEN浇注时,无M—EMS和有M—EMS两种情况下结晶器内钢液的流场进行了模拟研究。得出以下结论: 1.在插入深度为h_1~h_2时,采用单孔喇叭型水口比采用单孔直筒型水口浇注时,冲击深度更浅,钢液在结晶器内温度和成分均匀化的效果更好,热中心更靠上,更有利于保护渣的熔化,可以获得高质量的铸坯。 2.原四孔SEN四个出孔不正交,导致结晶器内流场不对称,从内弧侧向外弧侧看,液面左后角和右前角均出现漩涡。原四孔SEN合理的浇注工艺参数应为:α=α_2~α_3,h=h_3±10mm。 3.五孔改进漏斗型SEN与原四孔SEN的情况相比,加大了冲击深度,不利于夹杂物的上浮。 4.采用设计的八孔SEN浇注时,即使h=h_5,液面波动仍达2mm,且液面上有漩涡形成,容易发生卷渣。 5.新四孔SEN最佳结构与工艺参数为:S=S_3,β=β_2,α=α_3,h=h_2±10mm。。将新四孔SEN、原四孔SEN和五孔改进型SEN各自最优结果进行比较,新四孔SEN的混均时间比后两者分别短了1Sec和0.54Sec,冲击深度变浅了19.7mm和31.4mm,上翻到液面时间缩短了0.92Sec和1.55Sec,液面波动几乎相同。 6.当液面流速在0.30~0.60m/s之间时,电磁搅拌强度是合理的。在本水模型实验中,输入功率为0.4~1.2W。考虑到结晶器为一连续式反应器,输入功率取范围的上限值1.2W。 7.启动M-EMS,采用原四孔SEN浇注时的最佳工艺参数与不启动M-EMS时相近。 8.M-EMS下,新四孔SEN的最佳结构与工艺参数为:S=S_2,β=β_2,α=α_4,h=h_3~h_4。与启动电磁搅拌、采用原四孔SEN浇注时的最优水平相比,t_均缩短了5.63~9.33Sec,液面鼓起高度减小了0.83~1.03mm,液面波动减小了1.17~1.2mm,S_碰、V_液相差不大。可以预言,采用新四孔SEN浇注,铸坯的等轴晶会有所提高。


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