八流中间包控流装置的优化研究

【摘要】： 中间包冶金是连铸工艺过程中的重要环节,其主要的冶金作用是通过设置控流装置,调整钢液流动状态,以达到均匀温度和促进非金属夹杂物上浮的效果。为此,许多研究者采用了数值计算和水模型实验的方法,对中间包内钢液的流动及其控制进行了研究。本文以某钢厂八流连铸中间包为研究对象,运用物理模拟和数值仿真的方法,对中间包内控流装置进行了系统、定量地分析与研究、优化了中间包的控流装置。 物理模拟采用“刺激-响应”的实验技术,运用标准差作为评价指标,对流体在不同控流装置下中间包内的平均停留时间进行了分析,运用冶金反应器模型,对两种控流装置条件下中间包内的活塞流区(Vp)、全混流区(Vm)和死区(Vd)进行了研究;数值模拟采用k-ε双方程模型,应用PHOENICS商业软件计算中间包内钢液的三维流场。分析了冲击板、导流墙等不同控流元件对流场的影响。讨论了控流装置优化前后钢液流动特征、温度分布及流线分布。 结果表明,在无控流装置的情况下,中间包为狭长形,自注入水口处开始,钢液流经1、2#水口后再流向3#、4#水口。必然会导致各水口间的停留时间、浇注温度出现较大的差别,直接影响了铸坯的质量。为了优化中间包内的流场,中间包需要设计合理的控流装置。 优化控流装置条件下,中间包内增加了一个冲击区,改善了中间包内的流体流动特性,延长了钢液进入1#流和2#流的时间,使中间包内各流的停留时间趋于一致。注流经过多个回流区,有利于成分和温度的均匀化,也有利于夹杂物的上浮去除。计算显示优化后中间包各出水口的钢液温度在1495~1498℃左右,各流出口温差很小。四个水口的流体流动特征相似,响应时间、停留时间和峰值相差不大,中间包的死区体积仅为5.6%。由卷渣实验表明,优化控流装置条件下的流动不会造成卷渣现象,有利于提高中间包连浇率,改善铸坯的质量。