中薄板坯連鑄鋼液純凈度控制理論工藝與應(yīng)用研究.pdf

1、薄板坯連鑄連軋工藝由于其流程短、單位投資少、能耗低和勞動生產(chǎn)率高等特點受到鋼鐵界的重視和關(guān)注。中薄板坯(厚度在100～170 mm)連鑄是介于常規(guī)連鑄和薄板坯連鑄之間的一種鑄機,其生產(chǎn)工藝和鑄坯品質(zhì)獨特,過程工藝控制復(fù)雜。因此,如何控制中薄板坯連鑄生產(chǎn)工藝以保證產(chǎn)品質(zhì)量就顯得尤為重要。針對目前中薄板坯連鑄工藝生產(chǎn)存在的連鑄鋼液純凈度難于滿足要求的問題,從中薄板坯連鑄鋼液精煉工藝研究、中間包鋼液純凈化研究、結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場與液面波動行為控

2、制以及連鑄鋼液純凈度控制工藝現(xiàn)場應(yīng)用研究等方面著手,采用現(xiàn)場應(yīng)用試驗與數(shù)理模擬相結(jié)合的研究方法對中薄板坯連鑄生產(chǎn)工藝展開了全面的研究,主要研究內(nèi)容和已獲得的結(jié)果如下:
　　 (1)結(jié)合中薄板坯連鑄現(xiàn)場生產(chǎn)過程,對中薄板坯生產(chǎn)用鋼水的精煉工藝過程進行了現(xiàn)場在線優(yōu)化實驗研究,考察并優(yōu)化了鋼包頂渣改質(zhì)、LF爐精煉和喂線等精煉工藝。結(jié)果表明:鋼包出鋼過程采用預(yù)熔型項渣改質(zhì)劑配加白石灰代替混合型改質(zhì)劑,可明顯提高頂渣堿度并降低∑(MnO+

3、FeO)含量,使回硫現(xiàn)象得到制止;LF爐精煉處理后的鋼水綜合質(zhì)量較高,但LF爐精煉脫硫效率不高,其深脫硫工藝控制水平有待于進一步提高;根據(jù)鋼水喂線量和[Als]含量之間的回歸線性關(guān)系式確定喂線量,可有效控制鋼水氧含量和夾雜物形態(tài)。
　　 (2)利用相似原理,建立中薄板坯中間包內(nèi)流體流動的水力學(xué)模型,通過對中間包內(nèi)流體流動和停留時間分布特征的研究,考察了湍流控制器結(jié)構(gòu)、拉速和多孔擋墻等對中間包內(nèi)過程的影響規(guī)律,提出了適合現(xiàn)場生產(chǎn)用

4、的最佳中間包控流裝置組合方案;同時,利用連續(xù)性方程、動量方程、湍流模型方程和示蹤劑傳質(zhì)方程建立了描述中間包內(nèi)鋼水流動的三維湍流數(shù)學(xué)模型,分析了水模型實驗提出的最佳中間包控流裝置組合方案下的中間包內(nèi)鋼水流場和停留時間分布規(guī)律,對多孔擋墻結(jié)構(gòu)設(shè)置下的中間包內(nèi)鋼水流動特征也進行了考察,為進一步揭示中間包內(nèi)的流動特征和驗證最佳控流裝置方案的合理性提供了理論依據(jù),也為現(xiàn)場生產(chǎn)和優(yōu)化操作參數(shù)提供指導(dǎo)依據(jù)。水模實驗和數(shù)值模擬結(jié)果表明:最佳的控流裝置組

5、合結(jié)構(gòu)為湍流控制器方形,壩與堰的距離540 mm,堰高180 mm,壩底縫200 mm。在相同拉速(2.4 m/min)下,多孔擋墻設(shè)置下的中間包在不加湍流控制器時,其死區(qū)體積比為11.83％,加湍流器時降為9.1％,活塞流體積比由28.08％增至37.94％。
　　 (3)通過水力學(xué)模擬實驗與數(shù)學(xué)模擬結(jié)合的方法建立了描述結(jié)晶器內(nèi)流體流動和鋼(水)/渣(油)界面行為的三維數(shù)學(xué)與物理模型,分析了三孔浸入式水口的浸入深度、側(cè)孔傾角和

6、底孔直徑以及拉速、結(jié)晶器寬度和吹氬等工藝參數(shù)對結(jié)晶器內(nèi)流體流動、液面波動和卷渣行為的影響規(guī)律,給出了操作參數(shù)與流動和界面波動間的定量關(guān)系,并提出了優(yōu)化和控制結(jié)晶器內(nèi)流場和抑制鋼/渣界面波動的措施。數(shù)學(xué)物理模擬的結(jié)果表明:在一定拉速下,增加水口浸入深度、側(cè)孔傾角和底孔直徑均能明顯降低結(jié)晶器內(nèi)流體界面速度和穩(wěn)定液面波動;提高拉速明顯加劇鋼/渣界面波動和增加界面速度;吹氬則使水口附近的鋼/渣界面波動加劇。拉速2.5 m/min時,最大界面速度

7、由水口浸入深度100 mm時的0.53 m/s減至浸入深度160 mm時的0.16m/s,最大波高由界面破裂狀態(tài)(100 mm)降至13 mm(160 mm);同樣,最大界面速度由水口側(cè)孔傾角向下10°時的0.58 m/s減至傾角向下25°時的0.17 m/s,鋼/渣界面最大波高也由破裂狀態(tài)降至10 mm;隨水口底孔直徑由Φ35×30 mm增至Φ35×45mm,界面亦由破裂狀態(tài)到最大波高為11 mm,最大界面速度由0.44 m/s降至0

8、.28m/s;拉速由1.8 m/min升至3.0 m/min過程中,最大波高由3 mm增至鋼/渣界面破裂狀態(tài),最大界面速度亦由0.1 m/s增至0.51 m/s。
　　 (4)在中間包和結(jié)晶器內(nèi)流動行為模擬研究的基礎(chǔ)上,進行了中間包湍流控制器和結(jié)晶器水口改進的現(xiàn)場在線工藝應(yīng)用試驗,對鑄坯和成品材質(zhì)量進行了系統(tǒng)分析,以進一步明確鑄坯質(zhì)量優(yōu)劣和工藝改進效果;同時,對包晶鋼連鑄生產(chǎn)工藝也進行了在線優(yōu)化研究。結(jié)果表明:鑄坯中主要缺陷為中

9、心疏松、中間裂紋和三角區(qū)裂紋;鑄坯中條痕及起皮缺陷的存在主要是復(fù)合夾雜和保護渣等卷入鋼液所致,改進水口密封碗和采用新型中間包覆蓋劑等措施可有效消除此類缺陷。使用中間包湍流控制器的鋼液混合段時間為4.11 min,鋼液全氧去除率為24.06％,液面平穩(wěn),卷渣幾率、鋼液夾雜和氣體含量均明顯降低。通過調(diào)整結(jié)晶器水口底孔直徑(由Φ35mm調(diào)整至Φ35×38 mm),水口絮結(jié)現(xiàn)象得到有效抑制,結(jié)晶器銅板壽命提高,過鋼量提高50％,液面穩(wěn)定,夾雜物