板坯连铸结晶器钢液卷渣现象研究

1) 漩涡卷渣 。即在浸入式水口附近及结晶器中 有可能被凝固坯壳的前沿捕捉 ,形成皮下夹渣 。
心处存在漩涡 。其形成机理 : ①在结晶器出口处 ,由 2. 2 卷渣实验结果及因素分析
于水口出口对中不良 、水口堵塞或水口冲蚀造成水 2. 2. 1 水口结构对卷渣的影响
口两侧流股的出口速度和方向不对称 ,从而使两个
由实验结果可知 :每个水口都随浸入深度的增 结晶器钢液面卷渣的影响 ,实验结果如表 4 所示 。
表 4 拉速对保护渣分布的影响 (5 # 水口)
浸入深度/ mm 60
110
拉速/ m/ min
0. 7 0. 8 0. 85 0. 9 0. 95 1. 0 0. 7 0. 8 0. 85 0. 9 0. 95 1. 0
构参数与操作参数间的最佳配合优化实验 。
减少 ,卷渣量逐渐增加 。
3. 2. 2 水口浸入深度对卷渣的影响
3. 2. 3 拉速对卷渣的影响
本实验结合生产实际 ,研究水口浸入深度变化
该实验仅对优化出的 5 # 水口 ,在 110mm、60mm
对结晶器内钢液面卷渣的影响 ,实验结果见表 3 。
浸入深度时所对应的不同拉速下 ,研究拉速变化对
无
无
无
无
4′
偶尔有小漩涡
55
少量小漩涡
35
较多快速小漩涡
30″
大量快速小漩涡
无
无
无
偶尔有小漩涡
无
轻微卷渣
3′50″ 3′20″ 2′50″
轻微卷渣 有漩涡 有较多漩涡
液面情况
液面平稳 5′与 4′时情况基本不变
窄面轻微卷渣 窄面有卷渣 窄面卷渣严重 卷渣严重 ,液面大面积无渣 液面平稳 液面平稳 窄面几乎无卷渣 窄面有卷渣 窄面卷渣较重 ,1/ 4 处渣堆积 窄面卷渣严重 ,1/ 4 处渣堆积严重
浮机率大 ,靠近铸坯表面的夹杂物较少 ,但内部夹杂
不容忽视 。2 # 水口卷渣较轻 ,冲击深度较小 ,结晶
器内液面波动最大 ,易翻钢卷渣 ,铸坯易产生表面夹
图 2 结晶器窄面卷渣机理
渣。
表 3 不同浸入深度时各水口卷渣实验 (拉速 0. 85m/ min)
浸入深度/ mm 110
60
30
水口
长 ,且卷渣较轻 ,5 # 水口比 7 # 水口液面更平稳 ,更 是因为浸入深度降低后 ,水口出口距结晶器液面的
不易出现裸漏 ,卷渣也更少 。根据水模拟实验及卷 距离减少 ,液面波动明显增大 ,上回流强度增强 ,形
渣实验结果结合实际生产 ,选用 5 # 水口进行水口结 成一切向力 ,使得保护渣向中心堆积 ,且随浸入深度
齐新霞 岳 峰
(安阳钢铁集团有限责任公司)
摘要 利用水模型研究安钢板坯结晶器内钢液的卷渣机理 ,得出其主要卷渣方式 ,并考察了水口结构参数及操作 参数对卷渣的影响 ,提出避免卷渣的的改进措施 。 关键词 板坯连铸 结晶器卷渣 水模型
STUDY ON SLAG ENTRAPMENT IN SLAB CONTINUOUS CASTING MOULD
结晶器 、中间包液面稳定 5 分钟后采集数据 ,力争找 出铸坯产生缺陷最少的工况 。实验装置如图 1 所 示 。实验采用的结晶器原型与模型尺寸见表 1 ,水 口结构参数见表 2 。
图 1 实验装置及数据采集系统的连接图 表 1 结晶器原形与模型的尺寸
结晶器 上口/ mm2
下口/ mm2 高度/ mm 弧长半径/ mm
窄面卷渣 ,水口附近略有卷渣
4′20″
窄面卷渣 ,水口附近略有卷渣
2′27″
窄面卷渣严重 ,水口附近有时有卷渣
40″
水口附近和窄面均有卷渣
2′38 1′ 2′10″ 2′
无 水口附近轻微卷渣 、窄面卷渣严重 。 水口附近和窄面均有卷渣 20″窄面卷渣 、水口附近卷渣
1′20″
15″水口附近卷渣
动时对钢 - 渣界面产生剪切作用 ,使一部分保护渣
安钢现使用的 1 # ～3 # 水口 ,在相同浸入深度
时 :1 # 水口的结晶器液面出现翻腾和裸漏的时间较
长 ,且卷渣最轻 ;但因其冲击深度最深 (冲击实验得
出) ,夹杂物上浮困难 ,产生内部夹杂缺陷的机会最
大 。3 # 水口卷渣严重 ,其冲击深度较小 ,夹杂物上
1′20″
水口附近卷渣 、窄面卷渣严重
15″
水口附近卷渣 、窄面卷渣较严重
1′30
5′时一边无保护渣
40″
水口附近卷渣 、窄面卷渣严重
1′
水口附近卷渣 、窄面卷渣严重
液面情况 5′时无大变化 5′时无大变化
注 :2′30″———表示 2 分 30 秒 。
·14 ·
河 南 冶 金 2003 年第 2 期
安钢板坯连铸机 (铸坯断面 1050 ×150mm2 结晶 器高度 900mm) 一直担负着向中板输送优良铸坯的 任务 ,但铸坯夹杂缺陷这个问题一直困扰着铸机生 产 ,2001 年夹杂退废高达 1287. 92t ,退废率 1. 5 % ,其 中夹杂退废占 68. 45 % ,裂纹退废占 30 %。2001 年 就退废一项损失 67. 82 万元 。生产中发现 ,在现有 拉速和设备条件下 ,结晶器钢液面翻钢卷渣 ,铸坯表 面纵裂纹严重 ,保护渣熔化不均匀 ,浸入式水口出口 侵蚀严重 ,水口内流态不稳定 ,结晶器内流场存在问 题 ,水口结构参数及其与操作参数间的配合需要优 化 ,因此提出对该厂板坯结晶器流场进行水模拟实 验 ,探讨保护渣卷入流场的方式及各工艺参数对卷 渣的影响 ,找出减少保护渣卷入 ,提高铸坯质量的工 艺措施 。 1 实验原理及方法
底部 形状
平 凹 凹 平 平 凹 凹
出口直径 出口上沿至底面
/ mm
的距离/ mm
35
67
40 ×60
100
48 ×60
100
40
75
40
75
40
86
40
86
注 :1 # ～3 # 为现用水口 ,4 # ～7 # 为拟优化水口 。
联系人 :齐新霞 ,高级工程师 ,河南. 安阳 (455004) ,安阳钢铁集团有限责任公司技术中心 ; 收稿日期 :2002 —9 —18
2003 年 4 月 河 南 冶 金 Apr. 2003 第 11 卷 第 2 期 HENAN METALLURGY Vol. 11 No. 2
板坯连铸结晶器钢液卷渣现象研究
本实验以相似原理为基础 ,重点考察结晶器保 护渣卷入问题 ,以 Fr 准数和 We 准数为相似准数 ,模 拟时考虑模型与原型的 Fr 数 、We 数同时相等 ,即 (We) P = (We) M 、( Fr) P = ( Fr) M ,通过计算采用 0. 6 :1 的模型 。本实验采用 DJ800 型水工实验数据采集系 统完成测试工作 。采用发泡粒子模拟结晶器液面保 护渣的卷入 ,重点考察 1 # ～7 # 水口在不同工况条 件下 ,结晶器内水口壁处 (波高传感器 3 号测点) 、结 晶器 1/ 4 处 (2 号测点) 、结晶器窄面处 (1 号测点) 的 液面波动及卷渣情况 (考察时间间隔 5 分钟) ,并在
1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7#
液面开始翻腾时间
3′30″ 2′10″ 40″ 30″ 2′30 50″ 2′30″
1′ 1′20″ 15″ 30″
原型 155. 8 ×1078 155 ×1070
900
6000
模型 93. 48 ×646. 8 93 ×642
540
3600
表 2 水口尺寸参数
水口 内径 外径 出口角度 / mm / mm / 度
1 # 40 95 - 30 2 # 45 100 - 20 3 # 45 88 - 20 4 # 40 90 - 20 5 # 40 90 - 25 6 # 40 90 - 20 7 # 40 90 - 25
由实验结果可知 :随拉速增大 ,渣层越易裸漏 , 卷渣现象 ,浇注完后水口整体形状保持较好 ,侵蚀较
这是因为拉速增大液面波动加剧 ,上下回流都得到 均匀 ,铸坯表面夹渣 、裂纹明显减少 ,达到最初进行
较大发展 ,强度相应增加 ,上回流的发展导致在靠近 水模拟实验的要求 。
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弯月面处形成驻波 ,使保护渣向中心聚集 ,一定时间 5 结论
由实验结果可知 :
形成夹渣缺陷 ; ②由于射流从水口流出时形成负压 ,
1) 浸入深度相同时随着水口下倾角度增加卷渣
导致在水口两测形成汇流漩涡 。
程度减轻 (比较平底 1 # 、5 # 、4 # 水口的卷渣情况可
2) 结晶器窄面卷渣 (如图 2) 。即在结晶器弯月 知) 。
面附近由于形成驻波而产生的剪切卷渣 。其形成机
Qi Xinxia Yue Feng (Anyang Iron & Steel Group Co. ,Ltd)
ABSTRACT The mechanism of liquid entrapment in slab mould has been analysed by means of water modeling ,and main en2 trapment way has been achieved ,and at the same ,the influences of nozzle structure parameters and operation parameters on entrap2 ment have been researched ,and some measures of eliminating slag entrapment have been put forward. KEY WORDS slab casting mould slab entrapment water modeling
角液面开始 翻腾时间
2′30 2′10″
2′ 22″ 10″ 8″ 无 2′50″ 2′30″ 34″ 20″ 17″
角液面开始 裸漏时间
无 4′10 2′38
40
22 10″ 无 5′有裸漏倾向 4′50″ 1′10″ 50″ 40″
卷渣时间及液面裸漏情况
边液面开始 裸漏时间
水口附近漩 涡卷渣情况
2) 凹底水口的卷渣程度比平底水口严重 (比较
理 :从水口喷出的流股与窄面相碰后形成上 、下两个 4 # 与 6 # 水口 、5 # 与 7 # 水口的卷渣情况可知) 。
流股 ,沿窄面向上的流股因具有向上的速度 ,必造成
3) 水口出口面积越大卷渣越严重 [ 比较 2 # (40
弯月面附近的钢液面波动 。钢流在由窄面向中心流 ×60) 与 3 # (48 ×60) 水口的卷渣情况可知 ] 。
2003 年第 2 期 河 南 冶 金
·13 ·
2 实验结果及分析
在此流股方向上被延伸 。由于浮力的作用 ,使渣须
2. 1 卷渣方式 通过卷渣实验发现卷渣方式主要有两种[1～2] :
的上部产生径缩和翘曲 ,径缩处的直径随渣须的伸 长越来越细 ,最后断裂成渣滴 。此渣滴被卷入钢液
该实验根据生产实际 ,固定拉速为 0. 85m/ min ,
上回流股在水口附近产生相互作用 ,当两流股的速 对 7 个水口分别进行三个不同浸入深度 (110mm、
度差达到一定值时 ,速度较小的一侧将产生旋转流 60mm、30mm) 的卷渣实验 ,实验结果如表 3 所示 。
动 ,进而产生漩涡 ,这种漩涡把保护渣卷入钢液内部
2′ 10″ 1′10″ 20″ 15″ 8″ 10″ 1′20 25″ 50″
卷渣时间及液面裸漏情况
液面开始裸漏时间
卷渣情况
无
无
无
无
3′
窄面略有卷渣
30″ 4′50 1′50″ 无
水口附近时而卷渣 ,窄面有卷渣 无 水口附近时而卷渣 ,窄面卷渣较重 水口附近时而有卷渣 ,窄面有卷渣
4′20″
拟优化的 4 # ～7 # 水口在相同浸入深度时 ,4 # 加 ,角部液面开始出现翻腾及裸漏的时间逐渐延长 ,
和 6 # 水口出现液面翻腾和裸漏的时间较短 ,且卷渣 卷渣和翻腾的程度在减少 ,模拟的保护渣越来越不
较重 ,5 # 与 7 # 水口出现液面翻腾和裸漏的时间较 稳定 ,尤其当深度 ≤30mm 时 ,渣层很容易被冲开 ,这