双流连铸中间包内控流装置的优化研究

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连铸中间包位于钢包与结晶器之间,不仅起到贮存和分配钢液的作用,而且能进一步净化钢液、调节钢液温度和成分。在中间包内合理设置抑湍器、挡墙、挡坝、导流隔墙以及气幕挡墙等控流装置,能够有效净化钢液。控流装置对钢液流动特性的影响随控流装置组合形式及分布位置的差异而不同。本文采用数值模拟和物理模拟相结合的方法来研究合适的控流装置组合形式和分布位置,同时考察了钢包长水口浸入深度、中间包熔池深度、通钢量等操作参数对钢液流动特性的影响规律。获得的主要结果如下:  (1)采用合理的“抑湍器+挡墙+挡坝”组合和布置,能够有效改善钢液流动特性。钢液从大包长水口注入抑湍器后,在抑湍器侧壁引导下上升至液面,然后朝窄面流去,遇挡墙下移,在挡墙下部经过,遇挡坝再次上浮至液面,继续流向窄面。部分钢液直接在中间包出口抽吸力作用下汇聚流出;部分钢液到达窄面,沿窄面下降,继而汇聚流出。在此过程中,由于挡墙、挡坝的设置,钢液在中间包内的停留时间大为延长,使夹杂物能充分碰撞、长大并上浮至液面;抑湍器及挡坝能够引导钢液产生上升流,促进夹杂物上浮去除。  (2)中间包底吹氩时,存在一个气量范围使钢液流动特性较好。氩气流量过小,不足以显著影响钢液流动路径;氩气流量过大,不仅会加快钢液流速,缩短钢液停留时间,而且可能引起渣金界面裸露、卷渣等现象的发生,造成钢液污染。本研究中,优化吹氩量范围为1.18~2.36L/min。  (3)采用合理的“抑湍器+气幕挡墙+挡墙+挡坝”组合和布置,亦能较大改善钢液流动特性。钢液自钢包长水口注入抑湍器,在抑湍器侧壁及气幕挡墙影响下上浮,遇挡墙阻挡继而下沉,经过挡墙下部,遇挡坝上浮后,沿液面流向窄面,在塞棒及窄面附近受出口抽吸力影响汇出。钢液流动路径合理,有利于夹杂物上浮。气幕挡墙置于抑湍器与挡墙之间,氩气泡或者在挡墙靠近钢包长水口侧上浮至液面,或者通过挡墙后,在挡坝引导下上浮至液面,钢液携带小直径气泡及夹杂物进入结晶器的几率较小。考虑氩气泡对夹杂物的吸附,这种控流装置组合和布置亦能够有效净化钢液。  (4)操作参数对钢液流动特性有影响。在本文考察的浸入深度范围(300~500mm)内,浸入深度为400mm时,钢液流动特性较好;熔池深度在1140~1260mm时,熔池越深,流动特性越差;通钢量在2.585~7.185t/min时,较大通钢量(6.328t/min、7.185t/min)下,流动特性较好。  综上所述,“抑湍器+挡墙+挡坝”的组合能够有效改善钢液流动特性;吹氩时存在一个优化氩气流量范围,使钢液流动特性较好,本研究中该气量范围为1.18~2.36L/min;“抑湍器+气幕挡墙+挡墙+挡坝”对钢液流动特性的改善稍逊于“抑湍器+挡墙+挡坝”的组合,但考虑到氩气泡对夹杂物的吸附作用,亦不失为一种较好的控流装置组合形式;操作参数对钢液流动特性有影响。
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