连铸外加液态保护渣流动行为数值模拟研究

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高锰高铝钢因其具有良好的耐磨性和强度,被广泛应用于航天、采矿和汽车行业中。但在生产过程中,钢中的Mn、Al等元素与保护渣中的Si O2反应,增加了保护渣碱度,降低其传热性能,恶化了保护渣理化性质,使得生产的铸坯产生裂纹等表面质量问题。对保护渣成分优化后,本文以液态渣代替固态渣为思路,提供了一种高锰高铝钢连铸加渣新思路,通过对加渣工艺的研究,为实际生产提供理论依据。本文建立结晶器(1050mm×135mm)钢-渣-空气流动数学模型,使用ANSYS中的FLUENT软件系统研究了在液渣铺展过程和连铸稳态加渣过程两种条件下加渣口高度和位置、加渣流量等工艺参数以及保护渣粘度和液渣层厚度对液渣流动产生的影响。结果如下:(1)在液渣铺展过程中,在加渣流量和加渣口位置不变的情况下,加渣口高度为100mm,钢液表面波动最小且不会发生卷渣。随着加渣口位置向靠近浸入式水口移动时,液渣覆盖钢液表面的面积逐渐减小。加渣口位置、保护渣粘度以及渣层厚度不变,加渣流量为0.529kg/s时,保护渣覆盖面积最大,覆盖率为51.32%,钢液表面波动程度较大。加渣流量不变的情况下,三种粘度的液渣覆盖面积均在40%左右。(2)在连铸稳态加渣过程中,加渣口位置在131.25mm处,加渣流量为0.353kg/s,钢渣界面波动剧烈。在加渣流量为0.529kg/s时,中心面最大速度为1.773m/s,液渣进入钢液的深度最深,无卷渣现象。工艺参数的改变对液渣层形态无明显影响,对液渣进入钢液的深度和钢渣界面波动影响较大。随着渣层厚度的增加,渣滴进入钢液的深度减小,进一步减少了卷渣现象的出现。(3)从液渣铺展时的效率角度出发时应按照加渣口位置在262.5mm处,加渣口高度为100mm,加渣流量为0.353kg/s的工艺向结晶器内加入液态保护渣;在连铸稳定加渣过程中时,应按液渣层厚度大于35mm,加渣口位置靠近262.5mm处,加渣流量为0.529kg/s的工艺参数补充液渣。
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