薄板坯连铸浸入式水口的结构优化.pdf

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资源描述
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簿板坯连铸浸入式水口的结构优化
张华,倪红卫,陈光友,刘吉刚
武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北武汉(430081
E-mail:huazhangwhayahoo.com.cn
摘要:针对薄板坯连铸的生产条件,采用正交设计的水模型实验和数值模拟,通过测量结
品器液面波高和注流冲击深度,研究了浸入式水口出ロ面积比、出口倾角、浸入深度和拉速
对结品器流场的影响规律。研究结果表明:出ロ面积比为1.4,出ロ倾角为50°,浸入深度
为240mm,可以满足高拉速生产的需要
关键词:薄板坯连铸;漫入式水口;结晶器;流场;水模型
中图分类号:TF777
1.引言
结晶器是薄板环连俦核心设备,结晶器内钢液的流动情況对液的凝固传热、夹杂物的
浮和凝固坯売的形成有重要影响,直接关系着铸坯的表面和内部质量。薄板坯连铸拉速快,
结晶器断面小,结晶器内钢液流动刚烈,给结晶器液面的稳定、凝固坯壳的均匀形成及连铸
エ艺带米了新的向题山。而优化浸入式水口的结构是改善钢液流动、提高连铸坏质量的有效
途径.
木文结合某钢厂薄板坯生产情况,通过水模型实验2?和数值模拟?,对使用不同结
构浸入式水口的薄板坯结晶器流场进行研究,找出最佳浸入式水口结构及操作工と参数,优
化结晶器内钢水流场,对改善薄板还质量,提高产量具有重要意义。
2.水模型实验方案
连铸结晶器内的钢液流动主要受惯性力、重力及粘性力作川。根据相似原理,为保证
模与原型相似,应确保炳者的厅相等,且Re在同一自模区。经计算本实验选用1:2的实
验模型。水模型实验装置见图1。
塞棒
中间包
浸入式
波高传感器
水口
数据

结晶器
系统
流量计
计算杌
蓄水池
水泵
图1水模型实验装置示意图
Fig, I Fxperiment cquipmcnt of' watcr modcl
木课题得到教育部博上:点基金(20050488001)和湖北省教育厅科研基金(2004/(001)的资助。
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在实验中,通过改变浸入式水口的出口面积比(水口两个出孔面积之和与主通道面积之
比)、出口倾角(a)、浸入深度及拉速米研究结晶器内的流动情况,得到适合高拉速的浸
入式水口结构参数及工艺参数。浸入式水口结构如图2所示
图2浸入式水口结构示意图
Fig2 Structure of SEN
为了减少实验次数并且要保证实验的科学性和可靠性,本实验采用正交实验方法。实
验采用L(3+)正交表,实验的因素和水平如表1所示。
表1正交实验的因素和水
I able I Factors and levels of orthogonal experiment
因素
出口面积比
H口倾角(
插入深度(mm)
拉速(m/min)
水平1
50
210
4.0
水平
水平3
30
5.0
最佳浸入式水口结构应为在高拉速的条件下,也能保证钢液面不产生刚烈波动,并且同
时保证较小的汇注流冲击深度。实验中采用中科院水力学研究所开发的DJ800型多功能监测
仪实时检测结晶器液面波高;采用示踪法和流场照相进行流场显示测量结晶器内注流的冲击
深度
3.水模型实验结果及分析
3.1结晶器液面波高的影响因素
从水模型实验可以妣察到,结晶器液面波动较传统两侧孔浸入式水口要小得多。结晶器
弯月面处液面波动较人,水口附近产生明显的涡流,液面波动成重点考察这炳个位置。
结晶器弯月面处液面波高实验数据的计算结果如表2所示。
弯月面处液面波高指标Y值统计计算数
Table 2 Y value of the wave amplitude at meniscus
因索
出口面积比
出口倾角
浸入深度
水平1
21.90
15.00
18.80
水平2
14.60
16.60
16.50
15.90
水平3
18.30
14.60
19.40
极差
8.
4.8()
从表2可见,结晶器弯月面处液面波动随水口出口面积比的増大、出口倾角的增大
浸入深度的増大及拉速的减小而减小。其中出口面积比由水平1到水平2,即由1.0增大到
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1.2,液面波动明显减小。拉速由4.5 m/min增大到5.0m/min,液面波动也显著增加。对表
中数据进行方差分析,结果如表3。
表3弯月面处液面波高方差分析表
Table 3 Variance analysis of the wave amplitude at meniscus
因素
偏差平方和
自山度
F比
显著
出口面积比
14.11

浸入滐度
2.95
).5
有影响
拉速
有影响
误差
22.99
8
由表3可知,刈结晶器弯月面处液面波动影响的显著性高低依次为:出口面积比、拉
速、浸入深度和出口倾角。因此,减小弯月面处液面波动,首先应提高出口面积比,其次为
稳定工作拉速、増人浸入深度。
结晶器水口附近液面波动实验数据的计算结某如表4所示。
表4水口附近液面波高指标Y值统计计算数据
Table 4 Y value of the wave amplitude around SEN
因素
出口面积比
出口倾角
浸入深度
拉速
水平1
16.50
20.20
15.50
水平
水平3
15.90
19.00
15.50
19.80
极差
4.50
4.70
从表4可见,水口附近液面波动随水口出日面积比的增大、出日倾角的增大、浸入深度
的增大及拉速的减小而减小。其中,拉速由4.0 m/min増大到4.m/min,液面波动则显著增
加。对表4中数据进行方差分析,结果如表5。
表5水?附近液淑高方差分析表
Table 5 Variance analysis of the wave amplitude around SEN
因素
偏羌平方和
自出度
显著性
出?面积比
3.42
有影响
出凵倾角
1.17
浸入深度
有影响
拉速
3.33
1.14
有影响
误差
11.65
由表5可知,对水口附近液面波动影响的品著性高低依次为:浸入深度、出口面积比、
拉速和出口倾角。因此,减小水口附近液面波动,应增大浸入深度,提高出口面积比、稳定
工作拉速。
3.2冲击深度的影响因素
水模型实验
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