中薄板坯連鑄結(jié)晶器浸入式水口的優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過1∶2薄板坯連鑄水模型實(shí)驗(yàn),研究了馬鋼70mm×1600mm薄板坯連鑄結(jié)晶器在不同水口結(jié)構(gòu)、不同工藝參數(shù)條件下的流場。結(jié)果表明:在其他條件相同時(shí),出口面積比為2.34、出口傾角為11.5°的5號(hào)水口所對(duì)應(yīng)的流場優(yōu)于其它水口。

基于現(xiàn)有設(shè)備及工藝條件下，板坯連鑄機(jī)在生產(chǎn)過程中極其容易出現(xiàn)結(jié)晶器鋼液面卷渣、翻鋼以及鑄坯表面出夾渣等嚴(yán)重現(xiàn)象。本文主要構(gòu)建水模型，分析板坯結(jié)晶器液卷渣現(xiàn)象，探究其卷渣原因，基于控制水口結(jié)構(gòu)參數(shù)以及工藝參數(shù)下，對(duì)卷渣影響因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)而提出改進(jìn)措施。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果,采用物理模擬和數(shù)學(xué)模擬相結(jié)合的方法,系統(tǒng)地研究了浸入式水口單側(cè)結(jié)瘤對(duì)結(jié)晶器內(nèi)流場、液渣層以及氣泡的影響,同時(shí),還考察了不同體積的結(jié)瘤物脫落進(jìn)入結(jié)晶器后的運(yùn)動(dòng)軌跡。研究結(jié)果表明,水口單孔結(jié)瘤將導(dǎo)致結(jié)晶器兩側(cè)流場不對(duì)稱。相比較于結(jié)瘤側(cè),未結(jié)瘤側(cè)流量增加,流股沖擊增強(qiáng),保護(hù)渣卷入鋼液的幾率增大,同時(shí),未結(jié)瘤側(cè)的氣泡數(shù)量增多,氣泡穿透深度增大。此外發(fā)現(xiàn),不同體積結(jié)瘤物脫落進(jìn)入結(jié)晶器后,粒徑較大者更容易上浮至結(jié)晶器液面。

研究了南京鋼鐵集團(tuán)公司煉鋼廠1000mm×180mm板坯連鑄結(jié)晶器喂鋁絲的工藝,結(jié)果表明,在鑄坯拉速1.09～1.22m/min、鋁絲喂速15～20m/min、喂鋁量167.26～249.61g/t時(shí),鑄坯al含量均勻,改善了q345q鋼板材的機(jī)械性能。

通過分析韶鋼寬板坯連鑄機(jī)浸入式水口在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題,改進(jìn)浸入式水口的材質(zhì)、尺寸結(jié)構(gòu),優(yōu)化結(jié)晶器內(nèi)鋼水的流動(dòng)狀態(tài)和溫度分布,規(guī)范水口烘烤,不僅提高水口使用壽命,減少了生產(chǎn)事故,還提高鑄坯質(zhì)量,取得了顯著的效果。

主要闡述了承鋼提釩鋼軋二廠為提高產(chǎn)品質(zhì)量,降耗增效,提出了結(jié)晶器流場存在的問題,圍繞著改善結(jié)晶器流場的思路,重點(diǎn)從保護(hù)澆注、振動(dòng)、浸入式水口方面入手對(duì)結(jié)晶器流場進(jìn)行了優(yōu)化,在生產(chǎn)中取得了顯著效果。

國內(nèi)某廠2臺(tái)板坯連鑄機(jī)在生產(chǎn)過程中,發(fā)生的粘結(jié)漏鋼事故全部集中在1號(hào)鑄機(jī)之上。觀測發(fā)現(xiàn)1號(hào)鑄機(jī)生產(chǎn)的鑄坯表面振痕相對(duì)更為紊亂,因此結(jié)晶器振動(dòng)狀態(tài)不良是造成粘結(jié)漏鋼的主要原因,有必要對(duì)其進(jìn)行檢測。設(shè)計(jì)并制造了一種便攜式板坯連鑄結(jié)晶器振動(dòng)檢測裝置,其由數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)線、加速度傳感器組成,同時(shí)開發(fā)了一套界面友好、操作簡便的振動(dòng)檢測系統(tǒng)軟件,可對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)情況進(jìn)行檢測和數(shù)據(jù)采集,并通過軟件快速自動(dòng)生成關(guān)于結(jié)晶器振動(dòng)頻率、振幅、偏擺、振動(dòng)速度、振動(dòng)位移及軌跡的分析報(bào)告,具有裝卸簡便、穩(wěn)定可靠、精度高的特點(diǎn)。檢測結(jié)果表明,1號(hào)鑄機(jī)的結(jié)晶器振動(dòng)偏擺量可達(dá)到0.6mm以上,振動(dòng)速度曲線不符合正弦函數(shù)規(guī)律。為此,對(duì)該鑄機(jī)的結(jié)晶器振動(dòng)裝置進(jìn)行了改進(jìn),粘結(jié)漏鋼頻率由6次/月降低到0~1次/月。

對(duì)不銹鋼304板坯連鑄浸入式水口堵塞狀況進(jìn)行了探討,對(duì)水口內(nèi)壁所形成的明顯三層物質(zhì)及其形成原因進(jìn)行了分析,并提出了改善水口堵塞的措施。

研究了水口結(jié)構(gòu)對(duì)南鋼板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)特性的影響.水模實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,現(xiàn)行水口結(jié)晶器內(nèi)液面波動(dòng)大且存在明顯裸露并有嚴(yán)重的卷渣現(xiàn)象,不能滿足提高拉速的需要。在不改變水口其他結(jié)構(gòu)參數(shù)和插入深度條件下,適當(dāng)增加浸入式水口出口面積,既能保證液面活躍,化渣良好,又能消除卷渣現(xiàn)象.現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明,優(yōu)化水口既能實(shí)現(xiàn)提高拉速的目的,還能提高鑄坯質(zhì)量.

通過數(shù)值模擬研究了304不銹鋼200mm×1550mm板坯結(jié)晶器內(nèi)用原水口時(shí)的鋼液流場及鋼-渣界面的特征。結(jié)果表明,原水口的結(jié)晶器流場的上回流過強(qiáng),鋼-渣界面的不穩(wěn)定,結(jié)晶器窄邊渣液層薄,易發(fā)生卷渣和鋼液裸露;最優(yōu)化水口結(jié)構(gòu)為將原水口v型底部改成凹型、增加水口出口形狀的錐度、向上傾角10°。

連鑄結(jié)晶器是連鑄機(jī)的關(guān)鍵部件之一，它的形狀與尺寸，直接關(guān)系到浸入式水口和塞棒的 設(shè)計(jì)。在連鑄耐火材料生產(chǎn)廠，在設(shè)計(jì)浸入式水口和塞棒時(shí)，往往要根據(jù)連鑄結(jié)晶器的形狀、 大小和長度，確定浸入式水口插入結(jié)晶器部分的直徑和長度；確定出鋼口的數(shù)量、形狀和尺 寸。還要根據(jù)結(jié)晶器振幅大小、渣線層厚度和雙渣線操作位置確定浸入式水口的渣線位置和 長度。 為了控制浸入式水口進(jìn)入結(jié)晶器的鋼水流量，還要確定浸入式水口的碗部（水口窩）形 狀和與其匹配的塞棒棒頭。最后還要根據(jù)鋼廠連鑄澆注的鋼種、鋼水處理的方式和連澆時(shí)間， 確定浸入式水口和塞棒的材質(zhì)。 浸入式水口的設(shè)計(jì) 1浸入式水口碗部 浸入式水口碗部，如圖1，a和b所示。浸入式水口頭部的外部形狀有兩種形式：圖1-a 為圓錐體；圖1-b為圓柱體與圓錐體的組合。 為了敘述方便：命名φa為水口圓錐體或圓柱體上口面外徑，即浸入式水口頭部的

介紹板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器監(jiān)控系統(tǒng)(漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng))的工藝特點(diǎn)、基本結(jié)構(gòu)和工作原理,通過精確的檢測手段,來實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)中的漏鋼預(yù)報(bào)功能,對(duì)目前造成系統(tǒng)誤報(bào)的因素進(jìn)行分析,提出優(yōu)化方案,取得好的生產(chǎn)效果。

針對(duì)板坯連鑄過程,建立了鋼液流動(dòng)、傳熱、凝固的三維耦合數(shù)值計(jì)算程序,計(jì)算、分析了浸入式水口底部開孔與否對(duì)連鑄過程鋼液的流動(dòng)、凝固特征的影響.計(jì)算結(jié)果表明,浸入式水口下部的開孔可以有效地抑制下回流區(qū)的長度,有利于形成較為穩(wěn)定的凝固坯殼,特別是可以防止一般水口在角部附近大面的拉漏.同時(shí)對(duì)于均勻斷面溫度有一定的作用,因此保留下部開孔是有益的.

針對(duì)薄板坯連鑄低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼結(jié)晶器液位波動(dòng)的問題,從現(xiàn)場操作、工藝優(yōu)化、設(shè)備維護(hù)等方面對(duì)造成液位波動(dòng)的原因及影響因素進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上采取了相應(yīng)的措施,使?jié)茶T過程中結(jié)晶器液位波動(dòng)到了很好的控制,滿足了生產(chǎn)需求。

以150mm×1600~3250mm寬板坯連鑄結(jié)晶器為研究對(duì)象,利用大型商業(yè)軟件ansyscfx10.0建立了1個(gè)三維有限體積模型,對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬。研究了拉速、浸入深度、水口傾角、斷面寬度等工藝參數(shù)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)流場和窄面沖擊壓力的影響。結(jié)果表明:隨著拉速的增大,表面流速和鋼液對(duì)窄面的沖擊壓力都顯著增加,采用較大的水口傾角和浸入深度,可以抑制液面波動(dòng),減少卷渣。

以承德鋼鐵廠板坯連鑄結(jié)晶器為原型,采用1∶1的水模型進(jìn)行試驗(yàn),研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面結(jié)構(gòu)及結(jié)晶器斷面寬度等工藝參數(shù)對(duì)板坯結(jié)晶器內(nèi)表面流速的影響。結(jié)果表明:拉速對(duì)表面流速的影響最大,隨著拉速的提高,結(jié)晶器內(nèi)鋼液表面流速明顯增大,當(dāng)斷面寬度為1650mm,拉速由0.7m/min提高到1.4m/min,表面流速由0.04m/s提高到0.1m/s;波浪面結(jié)構(gòu)的浸入式水口表面流速效果最優(yōu)。

利用數(shù)值模擬方法對(duì)比分析了不同浸入式水口傾角角度下結(jié)晶器內(nèi)鋼水流場和溫度場的分布情況。結(jié)果表明,在同一結(jié)晶器斷面寬度和工藝參數(shù)條件下,隨著水口側(cè)孔傾角角度的增加,側(cè)孔注流在窄面的沖擊位置上升,沖擊強(qiáng)度減小,鋼液面處鋼水卷渣和液面裸露的幾率增加,鋼液面處鋼水溫度增加。其中,當(dāng)水口側(cè)孔角度為向上0°和5°時(shí),鋼液面處鋼水表面流速變化相對(duì)較小,說明對(duì)于該斷面不銹鋼板坯,水口側(cè)孔傾角角度在0°～5°范圍內(nèi)時(shí)在利于鑄坯質(zhì)量的提高.

基于熱電偶實(shí)測溫度,建立了包晶鋼寬厚板坯連鑄結(jié)晶器有限元傳熱模型和熱流密度非線性估算模型.應(yīng)用模型反算獲得包晶鋼寬厚板坯結(jié)晶器的熱流密度,在與熱平衡計(jì)算得到的平均熱流密度進(jìn)行比較后,闡述了模型的有效性,并分析了實(shí)際生產(chǎn)條件下結(jié)晶器銅板的溫度分布規(guī)律.結(jié)晶器寬面和窄面的平均熱流密度分別為1.141和1.119mw·m~(-2).溫度在靠近結(jié)晶器背面呈波浪形分布,最大溫差為29.6℃,然而在遠(yuǎn)離背面位置,溫度變化平緩.隨距彎月面距離的增加,溫度呈降低趨勢,然而在距結(jié)晶器出口附近出現(xiàn)回溫現(xiàn)象.同時(shí)寬厚板坯連鑄結(jié)晶器的熱流密度和溫度分布均有別于傳統(tǒng)板坯連鑄.

以某廠板坯連鑄結(jié)晶器為原型,采用1∶1的水模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),研究表明:增加拉速、減小水口的浸入深度、減小水口出口向下的傾角以及增加水口的吹氣量均會(huì)增加結(jié)晶器內(nèi)鋼液的表面流速、增大結(jié)晶器內(nèi)卷渣的傾向,其中拉速的增加對(duì)表面流速的影響最大。

通過分析結(jié)晶器滲漏水影響因素,找出結(jié)晶器寬、窄面銅板處滲漏水下線的主要原因,并制定和完善了符合現(xiàn)場實(shí)際的規(guī)程、制度、檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)對(duì)維檢人員培訓(xùn),改進(jìn)現(xiàn)場螺栓、密封圈材質(zhì)以及嚴(yán)格備件驗(yàn)收,使結(jié)晶器因滲漏水下線情況得到有效控制。

對(duì)唐山國豐ф1450中薄板坯連鑄連軋工程地質(zhì)情況進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,通過方案比選決定采用水泥粉煤灰碎石樁(cfg樁)進(jìn)行地基處理,具體闡述了cfg樁在該工程中的應(yīng)用,從而大大地節(jié)約了投資,取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

近日，濟(jì)鋼1700中薄板坯連鑄連軋工程開工建設(shè)，標(biāo)志著山東省即將結(jié)束無薄板的歷史。