【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(qiáng)度E和電磁制動(dòng)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(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)水口偏流的影響也具有抑制作用。電磁制動(dòng)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(jī)理主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：力的效應(yīng)和熱的效應(yīng)。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(kuò)大鑄坯中的等軸晶區(qū)，減輕鑄坯中心偏析，促進(jìn)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(jī)類型、鑄坯斷面和攪拌器安裝位置及鋼水流動(dòng)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(shí)液面之間的距離應(yīng)足以補(bǔ)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(yīng)根據(jù)不同的具體條件確定最優(yōu)攪拌強(qiáng)度。破碎的晶體一部分可成為等軸晶的晶核，另一部分受過(guò)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(chǎng)和濃度場(chǎng)，且不會(huì)直接沖刷凝固坯殼最薄部位。過(guò)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(zhǎng)速度。采用長(zhǎng)方形出孔時(shí)，兩者基本相當(dāng)。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(kuò)散角度比從方形出孔內(nèi)流出鋼液的大。一種設(shè)置了兩塊半橢圓形導(dǎo)流板的“X”型浸入式水口，其內(nèi)的螺旋形導(dǎo)流通道具有導(dǎo)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(duì)流場(chǎng)的影響在設(shè)計(jì)水口時(shí)，要考慮水口內(nèi)壁和水口內(nèi)腔底部形狀。當(dāng)水口側(cè)孔高為95mm時(shí)，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(shí)，由于水口結(jié)構(gòu)不同，鋼液在結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)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(jìn)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(chǎng)對(duì)夾雜物的去除過(guò)程有較大的影響，同時(shí)，結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)又直接影響到其中鋼液的溫度場(chǎng)分布，進(jìn)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(jìn)1) 增加擋渣墻和低壩采用中間包內(nèi)設(shè)置擋渣墻和低壩的辦法，能改善流場(chǎng)，提高夾雜去除效率。多數(shù)距離太高，給水口對(duì)中帶來(lái)困難，也使水口太長(zhǎng)，使噸鋼水口耐材耗量增加。1) 鋼液在中間包內(nèi)停留時(shí)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(lái)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(duì)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(yīng)用越來(lái)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?、擋壩往往組合使用。文獻(xiàn)研究了中間包容量對(duì)鋼液清潔度的影響，認(rèn)為大容量中間包是中間包冶金發(fā)展的趨勢(shì)，中間包容量越大，鋼液平均停留時(shí)間越長(zhǎng)，夾雜物越有機(jī)會(huì)上浮。6．中間包內(nèi)襯材質(zhì)的改進(jìn)，可大幅度地提高中間包的使用壽命。 高效連鑄對(duì)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(jī)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(zhǎng)的停留時(shí)間，從而有利于夾雜物的充分上浮。這些來(lái)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(hù)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(kuò)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(duì)鋼包進(jìn)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(dá)700~800℃，制造和使用的費(fèi)用較高。通過(guò)超聲波脈沖發(fā)生器發(fā)出超聲波，超聲波遇到底壁時(shí)將反射回來(lái)，反射回來(lái)的信號(hào)被接收探頭接收，并且加以放大轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，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(diǎn)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(shí)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(huì)影響到下渣的準(zhǔn)確判斷，因此這種方法應(yīng)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(diǎn)就是減少由鋼包進(jìn)入中間包的鋼渣量，并使之達(dá)到合理的最小值.為了能夠在鋼水澆鑄過(guò)程中準(zhǔn)確判定鋼包澆注終點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)一般采用以下兩種手段：1．通過(guò)肉眼觀察[20]一般鋼包向中間包澆注時(shí)，為防止鋼水二次氧化，均采用長(zhǎng)水口(保護(hù)套管)保護(hù)鋼流。對(duì)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(jìn)入鋼包滑動(dòng)水口內(nèi)凝固，導(dǎo)致滑動(dòng)水口堵塞而不能自然開澆。 引流砂對(duì)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(dòng)水口的原理鋼包滑動(dòng)水口機(jī)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(jī)械的力量把兩塊滑板壓緊，達(dá)到近乎沒(méi)有間隙的程度。圖2 滑動(dòng)水口配套機(jī)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(guò)程中是變化的。在采用12流時(shí)，如果用普通連鑄機(jī)，中間題太長(zhǎng)操作困難較多，對(duì)這個(gè)問(wèn)題，目前國(guó)外有以下幾種設(shè)想：1)把一包鋼液分成兩包，然后用兩臺(tái)六流小方還連鑄機(jī)；2)一個(gè)大鋼包，用兩個(gè)水口，分別澆人兩臺(tái)背相布置的六流小方還連鑄機(jī)；3)采用密集型連鑄機(jī)，將12流分為四組，每組三流，裝在一個(gè)框架內(nèi)，一組流間距為350mm，相鄰兩組兩個(gè)結(jié)晶器中心距可以作大些。為了簡(jiǎn)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(dāng)?shù)钠渌麛嗝嫘螤畹蔫T坯。3. 降低了生產(chǎn)過(guò)程能耗, 可省去鋼錠開坯均熱爐的燃動(dòng)力消耗, 可減少 能耗 1/4～1/2。某些薄板坯連鑄機(jī)的裝備技術(shù)處于世界先進(jìn)水平。有代表性的主力機(jī)型有直弧型大板坯鑄機(jī)、弧型小方坯鑄機(jī)、弧型大方坯鑄機(jī)和立彎型薄板坯鑄機(jī)。為了貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀及走新型工業(yè)化道路，中國(guó)要建設(shè)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(huì)廢棄物三項(xiàng)基本功育旨。高質(zhì)量連鑄坯對(duì)連鑄鋼水的清潔度和鑄坯質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。畢業(yè)論文方坯連鑄流場(chǎng)設(shè)計(jì)摘 要連續(xù)鑄鋼技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是鋼鐵冶金生產(chǎn)領(lǐng)域一項(xiàng)意義重大的技術(shù)革命，它對(duì)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(guò)程中的流場(chǎng)，對(duì)防止鋼水二次氧化、延長(zhǎng)鋼水在中間包內(nèi)停留時(shí)間、促進(jìn)夾雜物上浮去除等都具有重要的作用。中國(guó)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(jī)，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(guó)內(nèi)，有力的支撐了中國(guó)裝備制造業(yè)的快速發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)在高效連鑄、薄板坯連鑄、特殊鋼連鑄方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在連鑄新技術(shù)研究開發(fā)方面，進(jìn)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(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化水平, 為勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高及企業(yè)的現(xiàn)代化管理升級(jí)創(chuàng)造了有利條件。目前各國(guó)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(jī)的作業(yè)率，在設(shè)備結(jié)構(gòu)上作了許多改進(jìn)，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(yīng)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(jī)。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(yīng)用，鋼包不再僅僅是運(yùn)輸和澆注鋼水的容器，同時(shí)也是爐外精煉的精煉爐，這就勢(shì)必延長(zhǎng)鋼水在鋼包內(nèi)的滯留時(shí)間，增加鋼包周轉(zhuǎn)過(guò)程中的操作環(huán)節(jié)，加大了這些因素的變化?；瑒?dòng)框架：裝下滑板用,用來(lái)平行位移。通過(guò)外部的驅(qū)動(dòng)力量，移動(dòng)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(qiáng)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(shí)，易在鑄孔邊緣形成“馬蹄形熔損”下水口磚在使用時(shí)受熱應(yīng)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(dòng)開澆主要有以下原因：1．引流砂的燒結(jié)層過(guò)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(guò)大，流動(dòng)性變差。生產(chǎn)試驗(yàn)表明，填充料在滑動(dòng)水Ｉｑ內(nèi)填充飽滿時(shí)（如ａ所示），滑動(dòng)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(diǎn)，只能通過(guò)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(shí)下渣量每爐均不同，這些因素均影響了澆鋼終點(diǎn)判斷的準(zhǔn)確性。而要解決目前國(guó)內(nèi)下渣檢測(cè)中的這些問(wèn)題，就需要鋼渣的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。缺點(diǎn)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(diǎn)是對(duì)澆注過(guò)程沒(méi)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(shí)這種膨脹作用還能使鋼水表面的渣層中形成一個(gè)隔離層，可有效地降低鋼水向外的熱傳導(dǎo)速度，起到隔熱保溫的作用。4 中間包內(nèi)部流場(chǎng)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(jī)結(jié)晶器的一個(gè)中間設(shè)備。圖7連鑄工程中產(chǎn)生夾雜物的來(lái)源2．中間包鋼水流動(dòng)過(guò)程中，促使鋼中夾雜物進(jìn)一步去除，即盡力延長(zhǎng)鋼水平均停留時(shí)間，改善流動(dòng)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(shí)鋼的清潔度，使換包時(shí)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(jī)會(huì)。其核心是高拉速，目的是提高連鑄機(jī)和整個(gè)配套流程的生產(chǎn)效率及鑄坯質(zhì)量。 中間包各因素對(duì)鋼水流場(chǎng)的影響 中間包內(nèi)部形狀、注流對(duì)多流澆注的影響李潤(rùn)生等[26]通過(guò)水模的正交實(shí)驗(yàn)對(duì)具有加熱功能的四流中間包作了最佳設(shè)計(jì)，并發(fā)現(xiàn)入流稍偏離對(duì)稱軸線時(shí)，會(huì)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(yīng)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(dá)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(duì)獨(dú)立的注流區(qū)和澆注區(qū)。圖11 無(wú)流動(dòng)控制裝置的中間包內(nèi)鋼水流動(dòng)形態(tài)圖12 加上下?lián)鯄蟮闹虚g包內(nèi)鋼水流動(dòng)形態(tài)2．導(dǎo)流擋板導(dǎo)流擋板是在一個(gè)上下有完全隔開的耐火材料上設(shè)置若干個(gè)不同尺寸和傾角的孔洞制成的。大包注流造成的強(qiáng)湍流對(duì)澆注區(qū)的流場(chǎng)有很大的影響，它使表面渣層波動(dòng)造成卷渣，強(qiáng)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(zhǎng)期使用防湍流墊時(shí)，90%的情況下無(wú)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(shí)現(xiàn)在換包時(shí)保持恒速澆注。 中間包的改進(jìn)措施中間包改進(jìn)的幾點(diǎn)建議：上述中間包在低拉速情況下勉強(qiáng)可用，不適應(yīng)當(dāng)今高拉速連鑄的要求。這種結(jié)構(gòu)的中間包可分為兩個(gè)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(dòng)行為是提高連鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵。SEN除了具有保護(hù)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(dòng)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(jìn)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(zhǎng)。圖16 浸入式水口基本類型 結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)的影響因素 浸入式水口結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)流場(chǎng)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(dòng)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(duì)液面波動(dòng)的影響楊秉儉對(duì)側(cè)孔直徑分別為40mm 和50mm的四孔式浸入式水口進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在吹氣量相同的情況下，液面波動(dòng)隨側(cè)孔面積的增大而增大。不同的形狀將對(duì)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(shí)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(méi)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(duì)坯殼得沖刷相對(duì)就弱。而采用跑道形出孔時(shí)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(shí)會(huì)造成向下的循環(huán)流股的整個(gè)區(qū)域下移，因此從中間包進(jìn)入結(jié)晶器的鋼液中的夾雜物上浮機(jī)會(huì)減少，并會(huì)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(gè)鋼液熱流密度分布下移。 結(jié)晶器寬度對(duì)流場(chǎng)的影響結(jié)晶器寬度是影響結(jié)晶器流場(chǎng)的重要因素，隨著結(jié)晶器寬度的增加，鋼液流股到達(dá)窄面的行程增加，由于鋼流在前進(jìn)中擴(kuò)散