1、雙流大板坯中包結(jié)晶器模擬研究及應(yīng)用效果分析張永亮段建平楊紅崗（山西太鋼不銹鋼股份有限公司太原030003）摘要：本研究針對(duì)雙流大板坯連鑄機(jī)中間包死區(qū)較大，停留時(shí)間短，導(dǎo)致鋼水溫度不均勻，夾雜物不易上浮等問題，對(duì)中間包進(jìn)行模擬研究，優(yōu)化中間包內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，改善鋼液流動(dòng)，實(shí)際應(yīng)用效果表明，鋼中夾雜物減少，鑄坯質(zhì)量有較大改善。在結(jié)晶器內(nèi)由于浸入式水口開口角度和浸入深度等因素造成化渣困難，影響鑄坯質(zhì)量，通過模擬研究后，優(yōu)化了的水口角度和浸入深度，不

2、僅改善鑄坯質(zhì)量，還可進(jìn)一步提高拉速，提高產(chǎn)量。關(guān)鍵詞：中間包，結(jié)晶器，模擬研究SimulatedStudyApplicationAnalysisfTundishMoldofTwoStrSlabZHANGYongliangDUANJianpingYANGHonggang(ShangxiTaigangStainlessCpationLimitedTaiyuan030003)AbstractAbstract:Theconfigurationo

3、ftwostrtundishhadbeenstudiedinthetext.Becauseithasmanyproblems.Thedeadvolumefractionislarger.Theresidencetimeofliquidsteelissht.Thetemperatureofsteelisnounifm.Theinclusionisdifficulttoremove.Theconfigurationoftundishhadb

4、eenstudiedinwatermodelingexperimenttooptimizethetundishconfigurationtoimproveflowingofsteeltodecreaseinclusion.Thesubmergedentrynozzlehadbeenstudiedinwatermodeling.Becausethetiltingangledepthofsubmergedentrynozzleisnotsu

5、itabletomeltdifficultmoldpowdertoinfluencequalityofslab.Theparameterofsubmergedentrynozzleisoptimizedthroughtheexperiment.Thequalityofslabisimprovingthecastingspeedcanbeenheightenedtoincreaseoutputofslab.KeyKeywdswds:tun

6、dishmodelsimulatedstudy1、前言連鑄中間包是連接大包與結(jié)晶器之間的過渡容器，不僅是穩(wěn)壓、分配鋼液、保證鋼液連續(xù)澆鑄的緩沖容器，還是防止鋼渣進(jìn)入結(jié)晶器、去除鋼液中非金屬夾雜物、均勻鋼液溫度等保證鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備。連鑄中間包內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)中間包內(nèi)流體的流動(dòng)行為、非金屬夾雜物的上浮以及均勻鋼水溫度等起著非常重要的作用，對(duì)中間包內(nèi)腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是獲得較優(yōu)的中間包流場(chǎng)及提高鑄坯質(zhì)量的有效手段，實(shí)踐證明利用水模型對(duì)中間包進(jìn)

7、行物理模擬研究是尋找合理、有效控流元件的直觀和方便的方法，最終可獲得較優(yōu)的中間包流場(chǎng)[14]。結(jié)晶器內(nèi)流體的流動(dòng)行為主要影響鑄坯的凝固，合理的結(jié)晶器流場(chǎng)可以減輕結(jié)晶器內(nèi)鋼液面波動(dòng)，減小流股在結(jié)晶器內(nèi)沖擊深度，從而防止結(jié)晶器保護(hù)渣的卷入，促進(jìn)鋼水中夾雜物和氣泡的上浮去除，防止結(jié)晶器窄面鑄坯初生坯殼的不均勻生長(zhǎng)，而結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流場(chǎng)和溫度場(chǎng)主要取決于浸入式水口的參數(shù)等[57]，同樣通過水模型實(shí)驗(yàn)可獲得較優(yōu)的水口參數(shù)。本文針對(duì)60t雙流大板坯

8、中間包結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致死區(qū)較大、鋼水溫度不均勻，以及結(jié)晶器水口參數(shù)不合理引起保護(hù)渣化渣困難等問3.1.1原中間包實(shí)驗(yàn)原T型中間包內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有沖擊槽和堰，只在出水口處設(shè)有小壩，結(jié)構(gòu)如圖3所示（由于雙流中間包是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，只研究其中一流的流動(dòng)特性）。實(shí)驗(yàn)測(cè)定采用長(zhǎng)水口澆注的RTD曲線并計(jì)算得到原中間包流體流動(dòng)的特性，如表1所示（01為原中間包實(shí)驗(yàn)），原結(jié)構(gòu)中間包最小停留時(shí)間tmin與濃度峰值時(shí)間tmax都比較短，僅為54s和104s，而死區(qū)體積

9、分率較大，達(dá)到24.13%，這對(duì)均勻鋼液溫度和非金屬夾雜物的去除是非常不利的。造成最小停留時(shí)間短的原因是原中間包結(jié)構(gòu)設(shè)置的壩高度較低而且沒有堰，從T形口出來的鋼液越過壩從出口直接流出。圖3原中間包結(jié)構(gòu)Fig3iginalstructureoftundish圖4優(yōu)化后中間包結(jié)構(gòu)Fig4Optimizationstructureoftundish3.1.2壩堰對(duì)流場(chǎng)的影響在原中間包結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增設(shè)堰，結(jié)構(gòu)如圖4所示，實(shí)驗(yàn)研究了堰與壩的相對(duì)位

10、置對(duì)流場(chǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，與原結(jié)構(gòu)相比都有所改善。實(shí)驗(yàn)研究了三種壩堰組合位置，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在位置三的情況下，中間包的各種參數(shù)都相對(duì)較優(yōu)。3.1.3增加湍流控制器后流場(chǎng)的影響在確定了最佳壩堰組合（位置三）后，在長(zhǎng)水口處增設(shè)湍流控制器，從湍流控制器流出的流體大部分向上游流動(dòng)，增長(zhǎng)了流體流動(dòng)的路徑，減小流體流動(dòng)速度，當(dāng)流出的流體到達(dá)擋渣堰后，先沿著堰向下流動(dòng)，撞到包壁后沿包壁向下流動(dòng)，從而在堰壩與中間包端部之間形

11、成一個(gè)回流，死區(qū)體積由原來的24.13%減小到現(xiàn)在的8.59%。由于流體流動(dòng)曲線迂回曲折，從而延長(zhǎng)了流體在中間包的停留時(shí)間，改善了中間包流場(chǎng)，有利于夾雜物上浮去除。3.2結(jié)晶器實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.2.1浸入式水口進(jìn)入深度對(duì)流場(chǎng)的影響本實(shí)驗(yàn)研究了雙流大板坯結(jié)晶器浸入式水口出口傾角在不同浸入深度下對(duì)結(jié)晶器壁面沖擊點(diǎn)的影響，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖5可知，在同一浸入深度下，隨出口傾角的增大，沖擊深度加深，在同一出口傾角下，隨浸入深度的增加，沖擊深度加深。在

12、連鑄過程中結(jié)晶器的沖擊深度越小越好，沖擊深度減小，鋼液流股對(duì)結(jié)晶器下部鋼液的沖擊減小，有利于結(jié)晶器內(nèi)夾雜物上浮，減小下部鋼液的傳熱負(fù)荷，能起到改善鑄坯質(zhì)量的作用，對(duì)已凝固的坯殼的沖擊減小，減少了由于沖擊引起的鑄坯表面質(zhì)量問題。由實(shí)驗(yàn)可知，要降低沖擊深度，需將浸入式水口出口傾角減小，但是，出口傾角減小，結(jié)晶器液面波動(dòng)增加，增加了表面卷渣引起的鑄坯缺陷。在結(jié)晶器操作重要綜合考慮，沖擊深度與表面波動(dòng)的關(guān)系。圖5水口浸入深度對(duì)沖擊深度的影響Fi