【正文】 鋼液在結(jié)晶器內(nèi)受到浸入式水口結(jié)構(gòu)參數(shù)，浸入深度，水口安裝角度ɑ，結(jié)晶器寬度，拉坯速度，結(jié)晶器電磁攪拌(即M—EMS)強度E和電磁制動技術(shù)等多方面影響，因此，結(jié)晶器是影響最終鋼坯質(zhì)量的關鍵環(huán)節(jié)。對水口偏流的影響也具有抑制作用。電磁制動技術(shù) (Electromagnetic Brake(EMBR))的基本原理如圖23所示[38]。綜上所述，結(jié)晶器電磁攪拌的冶金機理主要表現(xiàn)在兩個方面：力的效應和熱的效應。凝固末端凝固殼較厚，攪拌器一般采用2—10Hz的低頻供電。主要作用是，切斷在結(jié)晶器內(nèi)形成的柱狀晶，擴大鑄坯中的等軸晶區(qū)，減輕鑄坯中心偏析，促進在鑄坯中特定部位聚集的大型夾雜物的上浮和分離。根據(jù)鑄機類型、鑄坯斷面和攪拌器安裝位置及鋼水流動形態(tài)等的不同，大致有以下幾種類型：按攪拌器安裝位置可分為結(jié)晶器電磁攪拌(M—EMS)、二冷區(qū)電磁攪拌(S—EMS)和凝固末端電磁攪拌(F—EMS)。SEN出孔與平靜時液面之間的距離應足以補償因攪拌造成的液面下陷，注流引起的上循環(huán)流也在一定程度上造成了SEN附近液面的下陷。因此，應根據(jù)不同的具體條件確定最優(yōu)攪拌強度。破碎的晶體一部分可成為等軸晶的晶核，另一部分受過熱鋼液的影響重新熔化。合適的安裝角度，將有利于形成合適的循環(huán)流，均勻結(jié)晶器內(nèi)的溫度場和濃度場，且不會直接沖刷凝固坯殼最薄部位。過大的h可能造成彎月面處鋼液的冷凝和坯殼上的較深振痕，影響凝固坯殼的增長速度。采用長方形出孔時，兩者基本相當。有研究表明，在相同的中孔直徑和出孔面積比的情況下，方形出孔和圓形出孔相比，從兩種出孔內(nèi)流出鋼液的平均速度基本相近，但從圓形出孔內(nèi)流出鋼液的擴散角度比從方形出孔內(nèi)流出鋼液的大。一種設置了兩塊半橢圓形導流板的“X”型浸入式水口，其內(nèi)的螺旋形導流通道具有導向作用，使結(jié)晶器內(nèi)的鋼水旋轉(zhuǎn)，漩渦區(qū)鋼水旋轉(zhuǎn)速度高，利于夾雜物、氣泡聚集升浮，弱攪拌區(qū)旋轉(zhuǎn)速度低，利于凝殼形成。3．浸入式水口內(nèi)腔結(jié)構(gòu)對流場的影響在設計水口時，要考慮水口內(nèi)壁和水口內(nèi)腔底部形狀。當水口側(cè)孔高為95mm時，兩種橫截面積不同的水口的流股出口的平均速度相同。各種類型截面的鑄坯，在澆注時，由于水口結(jié)構(gòu)不同，鋼液在結(jié)晶器內(nèi)流動狀態(tài)和沖擊深度各不相同。所謂浸入式水口，就是將水口浸入到結(jié)晶器內(nèi)的鋼液面下，進行澆注的管道，以防止鋼液的二次氧化。結(jié)晶器中的鋼液流場對夾雜物的去除過程有較大的影響，同時，結(jié)晶器內(nèi)流場又直接影響到其中鋼液的溫度場分布，進而決定了鑄坯的表面質(zhì)量和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。2．連鑄中間包內(nèi)結(jié)構(gòu)的改進1) 增加擋渣墻和低壩采用中間包內(nèi)設置擋渣墻和低壩的辦法，能改善流場，提高夾雜去除效率。多數(shù)距離太高，給水口對中帶來困難，也使水口太長，使噸鋼水口耐材耗量增加。1) 鋼液在中間包內(nèi)停留時間短，難以起到凈化鋼水除去夾雜物的作用。給鑄坯質(zhì)量及工藝操作帶來很大的危害。3) 有利于低液面中間包操作。4．湍流控制器各鋼鐵廠對此控流裝置的命名不完全相同，有的稱為抑湍器、沖擊杯或防湍流沖擊板等，穩(wěn)流器應用越來越廣泛，它的形狀也多種多樣，如圖2所示。其中H為中間包熔池深度。圖10 中間包控流裝置示意圖1．上、下?lián)鯄鯄Α鯄瓮M合使用。文獻研究了中間包容量對鋼液清潔度的影響，認為大容量中間包是中間包冶金發(fā)展的趨勢，中間包容量越大，鋼液平均停留時間越長，夾雜物越有機會上浮。6．中間包內(nèi)襯材質(zhì)的改進，可大幅度地提高中間包的使用壽命。 高效連鑄對中間包冶金技術(shù)的要求較之常規(guī)連鑄技術(shù)，高效連鑄技術(shù)具有更高的澆注速度、高的連鑄機作業(yè)率、高連澆率、高的質(zhì)量水平及高的出坯溫度。中間包鋼水喂鈣線是為了去除夾雜以及使夾雜物變性，中間包鋼水喂合金線，主要是為了調(diào)整鋼液成份。增大中間包容量使鋼液在中間包內(nèi)有較長的停留時間，從而有利于夾雜物的充分上浮。這些來源為：1) 鋼包水口出流旋渦卷渣；2) 由盛鋼桶到中間包注流被空氣氧化；3) 注流沖擊中間包液面引起卷渣；4) 中間包耐火材料被侵蝕；5) 中間包水口吸入空氣；6) 浸入式水口結(jié)瘤脫落形成大顆粒夾雜；7) 結(jié)晶器保護渣卷入鋼中。這就要求覆蓋劑加入鋼包后要具有一定的成渣速度，使部分渣料接觸高溫鋼水后能夠形成一定的熔渣層，在鋼液表面擴散并覆蓋住鋼水表面。方法是添加一定數(shù)量的膨脹蛭石和膨脹石墨， 膨脹蛭石和膨脹石墨都具有較高的膨脹能力，能夠使覆蓋劑在投入鋼包后迅速地鋪展開，使覆蓋劑有效地覆蓋住鋼水表面。但需要對鋼包進行改造，而且超聲波探頭的工作環(huán)境也比較惡劣，工作溫度高達700~800℃，制造和使用的費用較高。通過超聲波脈沖發(fā)生器發(fā)出超聲波，超聲波遇到底壁時將反射回來，反射回來的信號被接收探頭接收，并且加以放大轉(zhuǎn)換為電信號，然后讓它在示波器上顯示。圖4 傳感器安裝位置示意圖這種方法的優(yōu)點是系統(tǒng)可靠，能反映出鋼流混渣量。由于鋼水和鋼渣的比重差別較大，同時包襯的重量由于侵蝕而不斷變化，而且每包的出鋼量也不同，還有水口變化等因素都會影響到下渣的準確判斷，因此這種方法應用很少，只能作為肉眼觀察法的輔助手段。因而要生產(chǎn)高質(zhì)量的連鑄坯，最根本的一點就是減少由鋼包進入中間包的鋼渣量，并使之達到合理的最小值.為了能夠在鋼水澆鑄過程中準確判定鋼包澆注終點，目前國內(nèi)一般采用以下兩種手段：1．通過肉眼觀察[20]一般鋼包向中間包澆注時，為防止鋼水二次氧化，均采用長水口(保護套管)保護鋼流。對ｂ，ｅ兩種堆積狀態(tài)而言，填充料經(jīng)鋼液沖刷后，鋼水很容易進入鋼包滑動水口內(nèi)凝固，導致滑動水口堵塞而不能自然開澆。 引流砂對鋼包開澆率的影響引流砂質(zhì)量是影響開澆率的主要因素之一。 2．耐火材質(zhì)方面的原因。 滑動水口的原理鋼包滑動水口機構(gòu)，就是利用安裝在鋼包底部金屬外殼外面的兩塊用耐火材料制成的平板(上面的稱上滑板，下面的稱下滑板)，并且依靠機械的力量把兩塊滑板壓緊，達到近乎沒有間隙的程度。圖2 滑動水口配套機構(gòu)示意圖固定框架：裝上滑板用,固定在鋼包上。這些因素在鋼液澆筑過程中是變化的。在采用12流時，如果用普通連鑄機，中間題太長操作困難較多，對這個問題，目前國外有以下幾種設想：1)把一包鋼液分成兩包，然后用兩臺六流小方還連鑄機；2)一個大鋼包，用兩個水口，分別澆人兩臺背相布置的六流小方還連鑄機；3)采用密集型連鑄機，將12流分為四組，每組三流，裝在一個框架內(nèi)，一組流間距為350mm，相鄰兩組兩個結(jié)晶器中心距可以作大些。為了簡化操作。小方坯連鑄一般指斷面尺寸7070～160160mm2，的方坯或與之面積相當?shù)钠渌麛嗝嫘螤畹蔫T坯。3. 降低了生產(chǎn)過程能耗, 可省去鋼錠開坯均熱爐的燃動力消耗, 可減少 能耗 1/4～1/2。某些薄板坯連鑄機的裝備技術(shù)處于世界先進水平。有代表性的主力機型有直弧型大板坯鑄機、弧型小方坯鑄機、弧型大方坯鑄機和立彎型薄板坯鑄機。為了貫徹落實科學發(fā)展觀及走新型工業(yè)化道路，中國要建設新一代可循環(huán)的鋼鐵流程，使之兼具優(yōu)質(zhì)鋼材生產(chǎn)、高效能源轉(zhuǎn)化及消納社會廢棄物三項基本功育旨。高質(zhì)量連鑄坯對連鑄鋼水的清潔度和鑄坯質(zhì)量的要求也越來越高。畢業(yè)論文方坯連鑄流場設計摘 要連續(xù)鑄鋼技術(shù)的開發(fā)與應用是鋼鐵冶金生產(chǎn)領域一項意義重大的技術(shù)革命，它對鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程的變革、產(chǎn)品質(zhì)量的提高和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面起了革命性的作用。合理的連鑄過程中的流場，對防止鋼水二次氧化、延長鋼水在中間包內(nèi)停留時間、促進夾雜物上浮去除等都具有重要的作用。中國鋼鐵工業(yè)在新鋼種研發(fā)、鋼材質(zhì)量提高方面亦取得了令人矚目的成績，使高性能汽車用鋼、管線用鋼、模具鋼、不銹鋼等已基本立足國內(nèi)，有力的支撐了中國裝備制造業(yè)的快速發(fā)展。近年來，我國在高效連鑄、薄板坯連鑄、特殊鋼連鑄方面取得了長足的進步。在連鑄新技術(shù)研究開發(fā)方面，進行了高效連鑄技術(shù)、近終形連鑄技術(shù)、電磁連鑄技術(shù)、特殊鋼連鑄技術(shù)、連鑄坯凝固控制技術(shù)和雙輥薄帶連鑄技術(shù)等方面的工作。4．提高了生產(chǎn)過程的機械化、自動化水平, 為勞動生產(chǎn)率的提高及企業(yè)的現(xiàn)代化管理升級創(chuàng)造了有利條件。目前各國生產(chǎn)的小方坯斷面一般在9090～160160 mm2方坯，小于9090 mm2的小方坯的拉速快，澆注難度大，鑄坯質(zhì)量較差，目前已較少生產(chǎn)。提高小方坯連鑄機的作業(yè)率，在設備結(jié)構(gòu)上作了許多改進，例如采用剛性引錠桿；為了節(jié)約能源研究了小方坯的熱送工藝；為了適應多品種的要求，研制了小方坯，大方坯，圓坯及板坯兼用型連鑄機。鑄坯斷面尺寸大于220 mm220 mm的為大方坯。模鑄改為連鑄后，加上爐外精煉技術(shù)的應用，鋼包不再僅僅是運輸和澆注鋼水的容器，同時也是爐外精煉的精煉爐，這就勢必延長鋼水在鋼包內(nèi)的滯留時間，增加鋼包周轉(zhuǎn)過程中的操作環(huán)節(jié)，加大了這些因素的變化?；瑒涌蚣埽貉b下滑板用,用來平行位移。通過外部的驅(qū)動力量，移動下滑板，使上、下滑板產(chǎn)生平行位移，由于上、下滑板上都有同樣大小的澆鑄孔，且上滑板的澆鑄孔與上水口連接，直接連通鋼包內(nèi)鋼水，下滑板的澆鑄孔連接下水口。主要表現(xiàn)在座磚耐高溫強度低，上水口磚熱穩(wěn)定性能差，鋼水易滲入縫隙發(fā)生漏鋼；滑板磚不耐鋼水的侵蝕和沖刷，在澆鑄含 Ca，Mn 的鋼水時，易在鑄孔邊緣形成“馬蹄形熔損”下水口磚在使用時受熱應力的影響易產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。就引流砂本身而言，不能自動開澆主要有以下原因：1．引流砂的燒結(jié)層過厚，鋼水靜壓不能將其沖開；2．鋼水浸入引流砂的顆粒間并且凝固；3．引流砂的顆粒本身有棱角，或者受熱膨脹過大，流動性變差。生產(chǎn)試驗表明，填充料在滑動水Ｉｑ內(nèi)填充飽滿時（如ａ所示），滑動水1：3堵塞減輕，自然開澆率明顯提高。為判定鋼包澆注終點，只能通過鋼包重量變化一種手段，包襯重量由于侵蝕不斷變化，轉(zhuǎn)爐出鋼時下渣量每爐均不同，這些因素均影響了澆鋼終點判斷的準確性。而要解決目前國內(nèi)下渣檢測中的這些問題，就需要鋼渣的自動檢測技術(shù)。缺點是傳感器工作環(huán)境惡劣，需要經(jīng)常更換，制造與使用成本高。此種方法的優(yōu)點是對澆注過程沒有影響。 鋼包覆蓋劑合適的鋼水溫度是保證鋼水順利澆鑄成合格鋼錠的必要條件。同時這種膨脹作用還能使鋼水表面的渣層中形成一個隔離層，可有效地降低鋼水向外的熱傳導速度，起到隔熱保溫的作用。4 中間包內(nèi)部流場研究 中間包概述如圖 6 所示，在連鑄工藝流程中，中間包是連接鋼包和連鑄機結(jié)晶器的一個中間設備。圖7連鑄工程中產(chǎn)生夾雜物的來源2．中間包鋼水流動過程中，促使鋼中夾雜物進一步去除，即盡力延長鋼水平均停留時間，改善流動狀態(tài)，防止擊穿流，減少死區(qū)。采用大容量中間包還可以提高連澆時鋼的清潔度，使換包時保持穩(wěn)定狀態(tài)，不卷渣又不必降低拉速。喂線技術(shù)為中間包冶金提供了更多的機會。其核心是高拉速，目的是提高連鑄機和整個配套流程的生產(chǎn)效率及鑄坯質(zhì)量。 中間包各因素對鋼水流場的影響 中間包內(nèi)部形狀、注流對多流澆注的影響李潤生等[26]通過水模的正交實驗對具有加熱功能的四流中間包作了最佳設計，并發(fā)現(xiàn)入流稍偏離對稱軸線時，會引起非常靈敏的鋼液偏流。下藏法防下渣技術(shù)在中間包中的應用就是局部降低水口附近的包底，使臨界高度部分以至全部藏入該降低部位之內(nèi)，從下部躲避漩渦，從而達到減少下渣和提高鋼液收得率的雙重目的。擋墻在很大程度上起到控制湍流區(qū)的作用，它將沖擊區(qū)和澆注區(qū)分開，形成相對獨立的注流區(qū)和澆注區(qū)。圖11 無流動控制裝置的中間包內(nèi)鋼水流動形態(tài)圖12 加上下?lián)鯄蟮闹虚g包內(nèi)鋼水流動形態(tài)2．導流擋板導流擋板是在一個上下有完全隔開的耐火材料上設置若干個不同尺寸和傾角的孔洞制成的。大包注流造成的強湍流對澆注區(qū)的流場有很大的影響，它使表面渣層波動造成卷渣，強大的沖擊縮短了中間包耐火材料的壽命，形成短路流、旋渦，抑制夾雜物的上浮。4) 長期使用防湍流墊時，90%的情況下無需去渣殼。許多中間包不僅起不到凈化鋼液，提高產(chǎn)品質(zhì)量的作用，反而將鋼液污染，降低產(chǎn)品質(zhì)量。2) 難以實現(xiàn)在換包時保持恒速澆注。 中間包的改進措施中間包改進的幾點建議：上述中間包在低拉速情況下勉強可用，不適應當今高拉速連鑄的要求。這種結(jié)構(gòu)的中間包可分為兩個區(qū)域：混合流區(qū)域和柱塞流區(qū)域。因此，深入了解和控制結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動行為是提高連鑄坯質(zhì)量的關鍵。SEN除了具有保護鋼流、防止鋼液二次氧化的功能外，還可以改變注流在結(jié)晶器內(nèi)的流動狀態(tài)，防止注流沖刷凝固層造成漏鋼和拉裂，減小注流的沖擊深度，促進夾雜物在結(jié)晶器內(nèi)上浮，并分散注流帶入的熱量，有利于坯殼的均勻生長。圖16 浸入式水口基本類型 結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場的影響因素 浸入式水口結(jié)構(gòu)參數(shù)對流場的影響合適的浸入式水口結(jié)構(gòu)是改善結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動狀態(tài)，降低注流沖擊深度、促使結(jié)晶器內(nèi)形成均勻的坯殼并促使夾雜物上浮的重要手段。2．浸入式水口出孔面積對液面波動的影響楊秉儉對側(cè)孔直徑分別為40mm 和50mm的四孔式浸入式水口進行了研究，結(jié)果表明，在吹氣量相同的情況下，液面波動隨側(cè)孔面積的增大而增大。不同的形狀將對鋼液流出狀態(tài)產(chǎn)生不同的影響[30]。采用該“X”形浸入式水口澆注的生產(chǎn)實踐表明：鑄坯中的激冷等軸晶、柱狀晶、心部等軸晶和旋轉(zhuǎn)流線非常明顯，沒有中心縮孔，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量得到明顯改善。因此，從前者流出的鋼液速度降低得就快，對坯殼得沖刷相對就弱。而采用跑道形出孔時鋼液出流角度比出孔傾角要大，這將有利于鋼液面的平靜。同時會造成向下的循環(huán)流股的整個區(qū)域下移，因此從中間包進入結(jié)晶器的鋼液中的夾雜物上浮機會減少，并會有更多的高溫鋼液被帶到結(jié)晶器下部，結(jié)晶器內(nèi)整個鋼液熱流密度分布下移。 結(jié)晶器寬度對流場的影響結(jié)晶器寬度是影響結(jié)晶器流場的重要因素，隨著結(jié)晶器寬度的增加，鋼液流股到達窄面的行程增加，由于鋼流在前進中擴散