（鋼鐵冶金專業(yè)論文）四流大方坯連鑄中間包的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

j、l 每 ad i s s e r t a t i 。ni ne 曼叢q 墜墨叢曼墊! ! 堅(jiān)鱔y s t u d yo ns t r u c t u r eo p t i m i z a t i o no ff o u r - s t r a n d b l o o m c a s t i n g t u n d i s h b ym az h e n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rc h e nm i n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 ，y，-r 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的 研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的 ： 研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工作 的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝 ：6 己 總。 學(xué)位論文作者簽名：誰 i ! t 期：w 譬、7 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論 文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和 磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部 或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、交流。 ， ， ( 如作者和導(dǎo)師不同意網(wǎng)上交流，請(qǐng)?jiān)谙路胶灻环駝t視為同意。) 學(xué)位論文作者簽名： 簽字日期： 導(dǎo)師簽名： 簽字日期： _ 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 四流大方坯連鑄中間包的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究 摘要 中間包是連鑄工藝過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，無論對(duì)于連鑄操作的順利進(jìn)行，還是 對(duì)于保證鋼水品質(zhì)的符合需要，都起到十分重要作用。中間包內(nèi)鋼水理想的流動(dòng)狀態(tài)， 能夠延長(zhǎng)鋼水在中間包內(nèi)的停留時(shí)間、均勻溫度、減少卷渣和促進(jìn)夾雜物的上浮，因 而直接影響著連鑄坯的質(zhì)量。近年來冶金工作者采取了一系列措施來強(qiáng)化和擴(kuò)大中間 包的冶金功能，其中的重要措施就是在中間包內(nèi)設(shè)置適當(dāng)形式的控流裝置，使之形成 合理的流場(chǎng)。 為了配合鋼鐵公司發(fā)展需要，增加品種鋼產(chǎn)量，某煉鋼廠計(jì)劃采用現(xiàn)有的大方坯 鑄機(jī)生產(chǎn)品種鋼，但目前鑄機(jī)的四流梯形中間包內(nèi)未設(shè)任何控流裝置，難以滿足品種 鋼生產(chǎn)的需要，因而需要對(duì)現(xiàn)有中間包進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 論文結(jié)合該鋼廠四流大方坯梯形連鑄機(jī)中間包的實(shí)際情況，采用水模擬和數(shù)學(xué)模 擬相結(jié)合的數(shù)理模擬研究方法，以確定該中間包的最佳控流裝置。數(shù)模部分，根據(jù)連 續(xù)性方程和動(dòng)量方程建立描述中間包內(nèi)流體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，采用f l u e n t 商業(yè)軟件 進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，選出較優(yōu)方案；水模部分，根據(jù)相似原理，在弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)相等和實(shí)驗(yàn) 模型與原型的幾何相似比為1 ：4 條件下，建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，最終確定最佳控流方案。 結(jié)果表明，原型中間包內(nèi)流體存在較大的死區(qū)，且各流間的流動(dòng)特性差異較大， 尤其是近水口的2 流、3 流處存在明顯短路流，不僅造成包內(nèi)鋼水溫度分布不均勻， 也不利于夾雜物的上浮，影響鑄坯潔凈度。采用優(yōu)化后的湍流控制器+ 導(dǎo)流墻+ 壩組 合控流裝置能夠顯著改善中間包中內(nèi)鋼水的流動(dòng)狀態(tài)，使鋼水在各流間合理分配，并 延長(zhǎng)了鋼水的平均停留時(shí)間，提高活塞流體積分率，降低死區(qū)體積分率，均衡了各流 間的溫度分布，有利于促進(jìn)鑄機(jī)生產(chǎn)順行和鑄坯質(zhì)量的提高。 關(guān)鍵詞：連鑄，大方坯，中間包，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，數(shù)學(xué)模擬，水模擬 一i i 冉 3 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b st r a c t s t u d yo ns t r u c t u r eo p t i m i z a t i o no ff o u r - s t r a n db l o o mt u n d i s h a bs t r a c t t u n d i s hi sa ni m p o r t a n tv e s s e li nt h ec o n t i n u o u sc a s t i n gp r o c e s s ，a n di th a sa ni m p o r t a n t e f f e c to nc o n t i n u o u sc a s t i n gt e c h n o l o g ya n dp r o d u c tq u a l i t y t h ef l o w i n gc o n d i t i o no f m o l t e ns t e e li nt u n d i s hi sc o n s i d e r e dt ob ev e r yi m p o r t a n tt ol e n g t h e nt h er e s i d e n c et i m eo f m o l t e ns t e e li nt u n d i s h ，u n i f o r mt h em o l t e ns t e e lt e m p e r a t u r e ，r e d u c et h ew r a p p e ds l a ga n d i m p r o v et h ef l o a t i n ga n de x c l u d i n go f i n c l u s i o n si nt h em o l t e ns t e e l ，a n dt h u si n f l u e n c e st h e q u a l i t yo fc a s t i n gp r o d u c t s i nr e c e n ty e a r s ，t h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lm e t a l l u r g i s t s t o o kas e r i o u sa c t i o no ns t r e n g t h e n i n ga n de n l a r g i n gt h et u n d i s hm e t a l l u r g i c a lf u n c t i o n a n d o n eo ft h ei m p o r t a n tm e a s u r e si st oi n s t a l lt h ea p p r o p r i a t ef l o wc o n t r o ld e v i c e st oo b t a i n r e a s o n a b l ef l o wp a t t e r n w i mt h ed e v e l o p m e n to fac e r t a i nc o m p a n y , v a r i e t ys t e e l sa r ee x p e c t e dt op r o d u c ei nt h e b l o o mc o n t i n u o u sc a s t e ro ft h es t e e l m a k i n gp l a n tt h a th a sa r ep r o d u c i n gp l a i nc a r b o ns t e e l b u ti tc o u l dn o tm e e tt h en e e dt op r o d u c ev a r i e t ys t e e l s ，b e c a u s et h e r ew e r en of l o w c o n t r o l l i n gd e v i c e si nf o u r - s t r a n dt r a p e z et u n d i s h s ot h et u n d i s hs t r u c t u r en e e d sf u r t h e r o p t i m i z a t i o n i np r e s e n tw o r k ，a c c o r d i n gt ot h e4 - s t r a n db l o o mc a s t i n gt u n d i s ha tac e r t a i ns t e e l m a k i n g p l a n t ，t h em a t h e m a t i c a la n dp h y s i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d sw e r eu s e dt oo b t a i nt h eo p t i m u m f l o wc o n t r o ld e v i c e t h em a t h e m a t i c a lm o d e l ，d e s c r i b i n gt h ef l o wp h e n o m e n ai n t h e t u n d i s h ，w a se s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot h ec o n t i n u i t ye q u a t i o na n dm o m e n t u me q u a t i o n ， m e a n w h i l et h ef l u e n tc o m m e r c i a ls o f t w a r ew a su s e dt oc a l c u l a t e ，a n dt h eb e t t e rs c h e m e h a db e e nd e t e r m i n e d t h ew a t e rm o d e l ，1 4o ft h ep r o t o t y p ea n dm a d eo fp l e x i g l a s ，w a s u s e d ，a n dt h ee x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e db a s e do nt h ef r o u d es i m i l a r i t yb ys i m i l a r i t y p r i n c i p l e t h r o u g ht h e s ee x p e r i m e n t a la n dt h e o r e t i c a ls t u d i e s ，t h eo p t i m u ms c h e m ew a s o b t a i n e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eu n s u i t a b l ef l o w i n gp a t t e r n so ft h em o l t e ns t e e lr e s u l t e dt h a t t h ei n c l u s i o n si nt h em o l t e ns t e e lh a r d l yh a v et i m et of l o a tu p w a r di nt h ep r o t o t y p et u n d i s h a n dt h u st h ec l e a n l i n e s so fb l o o mw a si n f l u e n c e d ，c a u s e db yt h el a r g ed e a dv o l u m ea n dt h e s i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nf l o w i n gc h a r a c t e r i s t i c sa m o n gf o u rs t r a n d s ，n a m e l y , t h e r ea r es h o r t i i i 、 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t c i r c u i tf l o wi ns t r a n d2a n ds t r a n d3n e a rt h eo u t l e to ft h ee l o n g a t e dn o z z l e t h eo p t i m u m i n n e rc o n f i g u r a t i o no ft u r b u l e n c ei n h i b i t o r + b a f f l e + d a me f f e c t i v e l yi m p r o v e dt h ef l o w p a t t e r ni nt u n d i s h ，m o d i f i e dt h em o l t e ns t e e ld i s t r i b u t i o na m o n gt h es t r a n d s ，p r o l o n g e dt h e a v e r a g er e s i d e n c et i m e ，i n c r e a s e dp l u gf l o wv o l u m ea n dd e c r e a s e dd e a dv o l u m e ，e q u a l i z e d t e m p e r a t u r ep r o f i l ea m o n gs t r a n d s ，w h i c hc o n t r i b u t e s t oo b t a i ns t a b l eo p e r a t i o na n d i m p r o v et h eq u a l i t yo ft h eb l o o m k e yw o r d s ：c o n t i n u o u sc a s t i n g ，b l o o m ，t u n d i s h ，c o n f i g u r a t i o no p t i m i z a t i o n ，m a t h e m a t i c a l s i m u l a t i o n ，w a t e rm o d e l i n g 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文目錄 目錄 獨(dú)創(chuàng)性聲明i 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書- i 摘要i l a bs t r a c t i i i 第一章緒論l 1 1 前言l 1 2 本研究目的及意義2 1 3 本研究?jī)?nèi)容”3 第二章文獻(xiàn)綜述5 2 1 連續(xù)鑄造技術(shù)的概況”5 2 1 1 連續(xù)鑄造技術(shù)的概況5 2 1 2 我國(guó)連鑄技術(shù)的發(fā)展5 2 2 中間包冶金7 2 2 1 中間包的作用7 2 2 2 中間包冶金技術(shù)的發(fā)展“8 2 2 3 中間包的研究方法1 3 第三章中間包的數(shù)學(xué)模擬1 5 3 1 數(shù)學(xué)模擬的基本理論1 5 3 1 1 流場(chǎng)計(jì)算的基本控制方程1 5 3 1 2 數(shù)學(xué)模擬的求解方法1 7 3 1 3f l u e n t 軟件介紹1 8 3 2 本課題中間包的數(shù)學(xué)模型1 9 3 2 1 基本假設(shè)1 9 3 2 2 實(shí)驗(yàn)方案2 0 3 2 3 計(jì)算網(wǎng)格的劃分2 0 3 2 4 邊界條件2 0 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 3 3 數(shù)學(xué)模擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2 1 3 3 1 中間包內(nèi)流場(chǎng)的基本特征2 2 3 3 2 流線分布2 4 3 4 本章小結(jié)”2 6 第四章中間包的物理模擬2 7 4 1 實(shí)驗(yàn)的原理2 7 4 1 1 相似理論”2 7 4 1 2 相似準(zhǔn)數(shù)2 8 4 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2 9 4 2 1 水模型的建立2 9 4 2 2 實(shí)驗(yàn)方案3 1 4 2 3 實(shí)驗(yàn)研究方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)3 2 4 3 中間包流場(chǎng)優(yōu)化結(jié)果3 5 4 3 1 停留時(shí)間及流動(dòng)模式分析3 5 4 3 2 中間包內(nèi)流體流動(dòng)顯示分析4 3 4 3 4 產(chǎn)生漩渦的臨界高度的測(cè)定4 7 4 4 本章小結(jié)4 8 第五章結(jié)論“4 9 參考文獻(xiàn)5 l 致謝5 5 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 前言 第一章緒論弟一早珀了匕 改革開放以來，中國(guó)鋼鐵工業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，已連續(xù)多年作為世界上最大的 鋼鐵生產(chǎn)、進(jìn)口和消費(fèi)國(guó)，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，2 0 0 7 年國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)量達(dá)4 8 9 2 4 億噸，較上年增長(zhǎng)1 5 7 ，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定、健康的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。但 國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)的結(jié)構(gòu)性矛盾仍然比較突出，一些高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品仍需從 國(guó)外大量進(jìn)口。在行業(yè)并購的大潮下，要實(shí)現(xiàn)我國(guó)鋼鐵業(yè)“不僅是鋼鐵大國(guó)，還要是 鋼鐵強(qiáng)國(guó)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，仍需要進(jìn)一步提高行業(yè)技術(shù)水平，其中發(fā)展高效高質(zhì)的連鑄 技術(shù)顯得尤為重要【l 4 】。 高效高質(zhì)的連鑄技術(shù)對(duì)連鑄過程中鋼水的溫度、成分等提出了更高的要求。而這 些要求主要通過采用具有先進(jìn)技術(shù)的冶金設(shè)備和合理的工藝參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。作為連鑄過 程中重要環(huán)節(jié)之一的中間包越來越受到了冶金工作者關(guān)注，其內(nèi)涵在被不斷擴(kuò)大，從 而形成一個(gè)獨(dú)特領(lǐng)域一中間包冶金。 隨著研究的深入，中間包已不再是傳統(tǒng)意義上的鋼水儲(chǔ)存、穩(wěn)流、分配器，正朝 著促進(jìn)夾雜物上浮分離、對(duì)夾雜物進(jìn)行改質(zhì)變性處理以及對(duì)鋼水進(jìn)行微合金化的冶金 精煉反應(yīng)器的方向發(fā)展。中間包冶金效果與中間包內(nèi)流體流動(dòng)特性密切相關(guān)，合理的 中間包流場(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 去除等具有重要的作用，而這些作用能否實(shí)現(xiàn)直接關(guān)系到鑄坯的質(zhì)量的好壞。多流中 間包為優(yōu)化中間包內(nèi)的流場(chǎng)，通常采用在中間包內(nèi)設(shè)置堰、壩、多孔擋墻、過濾器、 湍流控制器、吹惰性氣體等措施，改善鋼水的流動(dòng)狀態(tài)，并使各流的鋼水具有相似的 流動(dòng)特性，以達(dá)到提高鋼水潔凈度的目的。 鋼水在中間包內(nèi)的流動(dòng)是一個(gè)在高溫狀態(tài)下復(fù)雜的湍流流動(dòng)過程，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的 主要研究方法有數(shù)學(xué)模擬和物理模擬兩種方法，兩者相輔相成能達(dá)到較好的研究效果。 物理模擬分為熱態(tài)模擬和冷態(tài)模擬，開始于2 0 世紀(jì)7 0 年代。隨著計(jì)算機(jī)及軟件的發(fā) 展，8 0 年代初產(chǎn)生了用計(jì)算機(jī)來對(duì)冶金容器內(nèi)的流體流動(dòng)進(jìn)行模擬的數(shù)學(xué)模擬。至今 國(guó)內(nèi)外已應(yīng)用這兩種方法對(duì)中間包內(nèi)流體流動(dòng)進(jìn)行了相當(dāng)多的研究工作，并應(yīng)用于生 產(chǎn)中取得了明顯的效果【5 j 。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 1 2 本研究目的及意義 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們物質(zhì)文化生活的不斷提高，對(duì)作為基礎(chǔ)材料的鋼 鐵工業(yè)產(chǎn)品也提出了越來越高的要求，這就迫使冶金工作者在進(jìn)一步提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì) 量方面做更多的研究開發(fā)工作，連鑄中間包冶金技術(shù)就是其中需要大力發(fā)展和研究開 發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 連鑄中間包的出口溫度或過熱度及夾雜物含量與鑄坯的表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量有很 大的關(guān)系。特別是多流中間包的情況，各流出口溫度( 過熱度) 和夾雜物含量必然有所 差異，不利于對(duì)各流鑄坯質(zhì)量的控制。如何減小各流出口之間的溫差，降低鋼水中的 夾雜物含量，簡(jiǎn)化連鑄生產(chǎn)調(diào)度，是冶金工作者一直關(guān)心和研究的課題之一。 關(guān)于夾雜物問題，無論是轉(zhuǎn)爐的脫氧產(chǎn)物、大包和中間包渣還是二次氧化產(chǎn)生的 氧化物，都應(yīng)盡可能地從中間包過程中脫除，但如果中間包參數(shù)設(shè)計(jì)得不合理，就難 以在中間包內(nèi)脫除細(xì)小的夾雜物。對(duì)多流連鑄中間包來說，理想的情況應(yīng)該是各流的 夾雜物含量盡可能地少且各流的夾雜物含量盡可能地接近。但由于鋼水相對(duì)于各個(gè)流 的停留時(shí)間不同，必然會(huì)造成各個(gè)流的夾雜物含量有所差異，其差異程度和含量的高 低，主要取決于中間包參數(shù)設(shè)計(jì)的合理程度。 采用多流中間包的_ 個(gè)主要原因是為了提高連鑄的生產(chǎn)率，但從以上的分析可知 其帶來的問題比傳統(tǒng)的單流或雙流要多得多。因此研究、分析和掌握多流中間包內(nèi)鋼 水的流動(dòng)特征是十分必要的。 本課題的原型中間包為某公司轉(zhuǎn)爐廠四流大方坯連鑄機(jī)的梯形中間包，該鑄機(jī)現(xiàn) 在主要生產(chǎn)普通鋼種。為了配合公司發(fā)展需要，增加品種鋼產(chǎn)量，轉(zhuǎn)爐廠計(jì)劃采用該 鑄機(jī)生產(chǎn)品種鋼，但目前的中間包內(nèi)未設(shè)任何控流裝置，難以滿足品種鋼生產(chǎn)的需要。 因此，本課題通過對(duì)該中間包內(nèi)鋼水的流動(dòng)行為進(jìn)行優(yōu)化研究，開發(fā)出合理的控流裝 置，實(shí)現(xiàn)中間包內(nèi)鋼水合理分配，提高鋼水的潔凈度，從而達(dá)到提高鑄坯質(zhì)量的目的。 本課題的研究，對(duì)轉(zhuǎn)爐廠擴(kuò)大生產(chǎn)品種鋼，升級(jí)改造現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備，提高鑄坯質(zhì)量和 經(jīng)濟(jì)效益等具有重要意義。 通過本研究的最終達(dá)到目的：優(yōu)化設(shè)計(jì)后的中間包，包內(nèi)的鋼水要有較好的流態(tài)， 盡可能延長(zhǎng)鋼水的平均停留時(shí)間，減小死區(qū)體積分率，以及促進(jìn)夾雜物的上浮去除， 從而提高鑄坯質(zhì)量；中間包的四個(gè)流應(yīng)具有比較一致的流動(dòng)特性，從而保證從四個(gè)水 e l 流出鋼水的溫度、夾雜物水平接近，降低澆注過程中鋼水的過熱度要求；最終以對(duì) 現(xiàn)有設(shè)備較小的改動(dòng)，生產(chǎn)出高質(zhì)量鑄坯。 2 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 。1 3 本研究?jī)?nèi)容 本課題四流大方坯連鑄機(jī)鑄坯斷面尺寸：1 5 0 m m x l 5 0 m m 、1 5 0 m m x 2 2 0 m m 、 1 5 0 m m x 2 6 0 m m ，拉速范圍：1 5 2 3 m m i n 。 課題的實(shí)驗(yàn)流程：首先提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，建立數(shù)學(xué)模型，通過軟件計(jì)算得到不 同方案流場(chǎng)的直觀狀態(tài)，比較后得到優(yōu)選方案。之后對(duì)各方案進(jìn)行水力學(xué)模擬，獲得 中間包的停留時(shí)間分布曲線及流場(chǎng)狀況，分析中間包的流動(dòng)特征，得到最佳方案。通 過數(shù)模和水模的分析比較，說明優(yōu)化設(shè)計(jì)的控流裝置的合理性，并最終確定最佳控流 裝置的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)尺寸。 具體研究?jī)?nèi)容包括： ( 1 ) 研究四流中間包內(nèi)設(shè)置控流裝置的不同結(jié)構(gòu)尺寸、相對(duì)位置對(duì)中間包流場(chǎng)的 影響； ( 2 ) 研究在不同控流裝置組合形式下中間包內(nèi)的流動(dòng)模式( 平均停留時(shí)間、響應(yīng)時(shí) 間、峰值時(shí)間、活塞流、全混流及死區(qū)的體積大小) ； ( 3 ) 研究中間包合理的液面操作高度； ( 4 ) 確定最佳的中間包內(nèi)控流裝置結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、安裝位置以及工藝操作參數(shù)。 3 東北大擘碩士學(xué)位論文第二章文獻(xiàn)綜述 第二章文獻(xiàn)綜述 2 1 連續(xù)鑄造技術(shù)的概況 2 1 1 連續(xù)鑄造技術(shù)的概況 液態(tài)金屬連續(xù)鑄造的概念早在1 9 世紀(jì)中葉就已提出。1 8 4 0 年，塞勒斯( s e l l e r s ) 在 美國(guó)申請(qǐng)了連續(xù)鑄造鉛管的專利。1 8 4 6 年，貝塞麥( b e s s e m e r ) 采用水冷、旋轉(zhuǎn)雙輥式 連鑄機(jī)生產(chǎn)了錫板、鉛板和玻璃板。隨后，移動(dòng)結(jié)晶器連續(xù)澆注的概念和垂直澆注的 立式連鑄法也相繼提出。1 9 3 3 年，連續(xù)鑄造的先驅(qū)者德國(guó)人瓊漢斯( j u n g h a n s ) 采用立 式帶振動(dòng)結(jié)晶器的連鑄機(jī)，首先澆注銅鋁合金獲得成功，使有色合金的連續(xù)鑄造早在 2 0 世紀(jì)3 0 年代就應(yīng)用于生產(chǎn)。4 0 年代，瓊漢斯又建成第一臺(tái)澆注鋼水的試驗(yàn)連鑄機(jī)。 當(dāng)時(shí)就已經(jīng)開始研究振動(dòng)水冷結(jié)晶器、浸入式水口和保護(hù)澆注等技術(shù)，為現(xiàn)代連鑄機(jī) 奠定了基礎(chǔ)。隨后相繼在美國(guó)、英國(guó)、奧地利、日本等國(guó)建成了中間性試驗(yàn)連鑄機(jī)。 在2 0 世紀(jì)5 0 年代，連續(xù)鑄造技術(shù)仍處于工業(yè)試驗(yàn)階段。6 0 年代，連續(xù)鑄造進(jìn)入了工 業(yè)應(yīng)用階段，許多連鑄設(shè)備相繼問世。7 0 年代，連續(xù)鑄造技術(shù)在能源緊張的壓力下得 到了迅猛的發(fā)展。8 0 年代，連續(xù)鑄造技術(shù)成為成熟的技術(shù)在冶金工業(yè)中得到了廣泛采 用。9 0 年代至今，連續(xù)鑄造技術(shù)又掀起了一場(chǎng)新的變革，許多新的連鑄技術(shù)被先后提 出，部分已處于開發(fā)試生產(chǎn)階段。從此，連續(xù)鑄鋼技術(shù)經(jīng)歷了“從本世紀(jì)4 0 年代的試 驗(yàn)開發(fā)、5 0 年代開始步入工業(yè)生產(chǎn)、6 0 年代弧形鑄機(jī)的出現(xiàn)、7 0 年代由能源危機(jī)推 動(dòng)的大發(fā)展、到8 0 年代日趨成熟的技術(shù)和9 0 年代新的變革 6 0 多年的發(fā)展歷程。當(dāng) 前一個(gè)國(guó)家連鑄技術(shù)水平的高低已成為衡量其鋼鐵工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志【刪j 。 連鑄技術(shù)的迅速地發(fā)展，主要由于它比傳統(tǒng)的模鑄具有更大的優(yōu)越性：連鑄可以 節(jié)省能源7 0 8 0 、提高成材率1 0 1 4 、節(jié)省勞動(dòng)力7 5 、節(jié)省占地面積3 0 ， 并簡(jiǎn)化工序、改善勞動(dòng)條件、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且可以提高質(zhì)量，擴(kuò)大品種，尤其 是可以促進(jìn)管理、技術(shù)以至整個(gè)企業(yè)素質(zhì)的提高，從而帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)在國(guó) 際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。目前連鑄生產(chǎn)快速發(fā)展已成為推動(dòng)煉鋼和整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)蓬勃發(fā)展的 主要技術(shù)動(dòng)力之一。 連鑄設(shè)備和技術(shù)的日益完善和成熟，是與許多新技術(shù)的出現(xiàn)分不開的。其中具有 代表性的技術(shù)有： ( 1 ) 鋼水準(zhǔn)備：鋼水的氣體和電磁攪拌、喂線、真空處理、噴粉、化學(xué)和物理加 5 - 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章文獻(xiàn)綜述 熱、保護(hù)澆注等技術(shù)。 ： ( 2 ) 中間包：感應(yīng)和等離子加熱、氫氣攪拌、流量精確控制、覆蓋劑、鋼水過濾、 鋼流控制、熱中間包返回交換、堿性包襯、中間包真空澆注、水口在線快換等技術(shù)。 ( 3 ) 結(jié)晶器：浸入式水v i 、電磁攪拌、熱頂結(jié)晶器、電磁制動(dòng)、在線調(diào)寬、液壓 振動(dòng)、非正弦振動(dòng)等技術(shù)。 ( 4 ) 二次冷卻及鑄坯導(dǎo)向：汽水霧化冷卻、e m s 、輕壓下技術(shù)、鑄坯表面在線檢 測(cè)等技術(shù)。 2 1 2 我國(guó)連鑄技術(shù)的發(fā)展 我國(guó)是較早發(fā)展連鑄技術(shù)的國(guó)家之一，其發(fā)展經(jīng)歷了起步較早、緩慢發(fā)展、引進(jìn) 移植、自我創(chuàng)新、迅速發(fā)展、高效改造等階段。早在2 0 世紀(jì)5 0 年代中期，當(dāng)連鑄技 術(shù)尚處于工業(yè)性試驗(yàn)階段時(shí)，我國(guó)就開始了連鑄方面的試驗(yàn)性研究工作。1 9 5 7 年第一 臺(tái)工業(yè)性試驗(yàn)鑄機(jī)在上鋼公司設(shè)計(jì)建成；次年年底，第一臺(tái)生產(chǎn)性立式連續(xù)鑄造機(jī)就 在重鋼三廠投產(chǎn)。進(jìn)入6 0 年代，中國(guó)連鑄技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用掀起了一股高潮，突出表 現(xiàn)在對(duì)弧形連鑄技術(shù)的開發(fā)上。從6 0 年代后期到7 0 年代，我國(guó)連鑄技術(shù)的開發(fā)都是 立足于國(guó)內(nèi)，其發(fā)展極其緩慢。1 9 7 8 年我國(guó)連鑄坯產(chǎn)量1 1 2 萬噸，連鑄比僅為3 5 ， 而同期世界連鑄坯產(chǎn)量已達(dá)1 5 億噸左右，連鑄比約2 1 。改革開放以來，為改變我 國(guó)連鑄生產(chǎn)的落后狀況，國(guó)家對(duì)發(fā)展連鑄技術(shù)給予了高度重視，先后從國(guó)外通過引進(jìn) 設(shè)備、技術(shù)轉(zhuǎn)讓以及合作制造等方式在國(guó)內(nèi)增建了一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的連鑄機(jī)。 這些高水平連鑄機(jī)的引進(jìn)，為我國(guó)消化引進(jìn)連鑄技術(shù)、提高連鑄技術(shù)水平創(chuàng)造了有利 條件，大大促進(jìn)了我國(guó)連鑄生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。從1 9 8 9 年起，連鑄坯產(chǎn)量的增長(zhǎng)成為中 國(guó)鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)的主要部分。從1 9 9 4 年起，連鑄坯產(chǎn)量的增長(zhǎng)超過了鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)的絕對(duì) 量，帶動(dòng)了中國(guó)鋼產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)。1 9 9 8 年中國(guó)鋼鐵工業(yè)的連鑄比達(dá)到6 7 ，2 0 0 1 年連鑄比超過8 5 7 ，2 0 0 2 年連鑄比超過9 0 9 - n 】。 盡管我國(guó)近十多年來取得了很大成績(jī)，但和世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平相比仍 存在不小的差距，要克服這些不足，使我國(guó)的連鑄技術(shù)達(dá)到或超過西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家 水平。結(jié)合國(guó)家冶金發(fā)展規(guī)劃，現(xiàn)階段的工作主要集中在以下幾方面： ( 1 ) 高效化改造。實(shí)現(xiàn)連鑄高效化，其核心是提高連鑄機(jī)的拉速。如國(guó)外低碳板 坯鑄速普遍大于2 n g m i n ，最高3 0 m m i r a1 3 0 r a m x1 3 0 m m 和1 5 0 m m x1 5 0 m m 低碳方 坯最大鑄速分別超過4 m m i n 和3 5 m m i n ，高拉速下連鑄機(jī)生產(chǎn)效率會(huì)得到大大的提 高，而我國(guó)現(xiàn)階段的生產(chǎn)水平與領(lǐng)先水平有較大差距。提高連鑄機(jī)拉速，需要解決結(jié) 6 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章文獻(xiàn)綜述 晶器和二冷段的冷卻效果、結(jié)晶器的液面控制及相關(guān)技術(shù)問題。 ( 2 ) 增加連鑄鋼種品種，提高鑄坯質(zhì)量。主要是擴(kuò)大連鑄鋼種的范圍和比例，完 善高碳鋼、合金鋼連鑄的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)連鑄以生產(chǎn)普碳低合金鋼為主向擴(kuò)大生產(chǎn)優(yōu) 質(zhì)碳素鋼、高碳鋼、高強(qiáng)度合金鋼的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，要從煉鋼到連鑄整個(gè)過程加快新技 術(shù)及裝備的應(yīng)用與改造，提高鋼的純凈度，改善鑄坯內(nèi)部結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)無缺陷鑄坯。 ( 3 ) 提高自動(dòng)化控制水平。國(guó)外連鑄機(jī)中已普遍采用結(jié)晶器液面檢測(cè)與控制技術(shù)， 計(jì)算機(jī)鑄坯質(zhì)量跟蹤和判定技術(shù)、漏鋼預(yù)警與控制技術(shù)在大型板坯連鑄機(jī)中得到使用， 智能化技術(shù)也有了很大發(fā)展( 如智能化二冷段) 。而我國(guó)總體控制水平還較低，采用新 技術(shù)與新設(shè)備少。 ( 4 ) 積極采用連鑄新工藝、新技術(shù)成果，追趕世界先進(jìn)水平。如國(guó)外精煉比迅速 提高，相關(guān)配套技術(shù)同步發(fā)展。目前國(guó)外精煉比已超過7 0 ，中間包耐材壽命一般可 達(dá)3 0 h 包，最高約l o o h 包。而我國(guó)精煉比僅為2 0 ，中間包最高壽命3 0 h 包。特別 是對(duì)一些性能要求比較高的鋼種，如高碳重軌鋼，由于現(xiàn)有設(shè)備的不足以及生產(chǎn)工藝 的落后，從而引發(fā)一系列的問題，因而提高冶煉工藝成為冶金工作者需要迫切解決的 問題之一【1 2 1 。 2 2 中間包冶金 2 2 1 中間包的作用 中間包澆鑄是煉鋼生產(chǎn)流程的中間環(huán)節(jié)，而且是由間歇操作轉(zhuǎn)向連續(xù)操作的銜接 點(diǎn)，是提高鋼產(chǎn)量和質(zhì)量的重要一環(huán)。無論對(duì)于連鑄操作的順利進(jìn)行，還是對(duì)于保證 鋼水質(zhì)量，中間包的作用都是不可忽視的。通常認(rèn)為中間包起到以下作用【5 j ：分流作 用、連澆作用、減壓作用及保護(hù)作用。隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展和對(duì)鑄坯質(zhì)量要求的不斷 提高，連鑄工藝對(duì)鋼水質(zhì)量的重要意義漸漸為人們所認(rèn)識(shí)。現(xiàn)代冶金觀點(diǎn)認(rèn)為：精煉 過程越延續(xù)至接近凝固階段，越有利于提高鑄坯質(zhì)量。所以中間包作為連鑄過程的中 間容器，已由原來的簡(jiǎn)單容器轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸苯鸸δ艿姆磻?yīng)器，而且這種功能也變得越 來越強(qiáng)。因此隨研究的深入，中間包被認(rèn)為還應(yīng)具有如下精煉功能： ( 1 ) 清除鋼水再次污染的來源，即防止二次氧化，減輕耐火材料侵蝕，減少盛鋼 桶渣的卷入以及渣中不穩(wěn)定氧化物的危害。 ( 2 ) 改善鋼水流動(dòng)條件，最大可能去除鋼中非金屬夾雜物，亦即防止短路流，減 小死區(qū)，改進(jìn)鋼水流動(dòng)方向，增加鋼水的停留時(shí)間。 7 一 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章文獻(xiàn)綜述 ( 3 ) 選擇合適的包襯耐火材料和熔池覆蓋劑，既減輕熱損失又有利于吸收上浮的 夾雜物。 ( 4 ) 控制好鋼水溫度，必要時(shí)增加加熱設(shè)施，使鋼水過熱度保持穩(wěn)定。 2 2 2 中間包冶金技術(shù)的發(fā)展 “中間包冶金學(xué)”的概念是在2 0 世紀(jì)8 0 年代初期提出的，多倫多大學(xué)教授a m c l e a n 是首創(chuàng)者【l 引，主要研究?jī)蓚€(gè)方面的內(nèi)容：一是當(dāng)鋼包向中間包注入鋼水時(shí)， 防止鋼水被污染；二是對(duì)中間包鋼水進(jìn)行精煉處理，提高產(chǎn)品質(zhì)量。近年來，中間包 冶金的學(xué)術(shù)研究逐漸成為熱門課題，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)中間包冶金進(jìn)行了廣泛和深入 的研究，開發(fā)了多項(xiàng)中間包內(nèi)控制流場(chǎng)的技術(shù)【1 4 1 饑。如中間包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、流動(dòng)控制技 術(shù)、抑n - - 次氧化、耐火材料和覆蓋渣控制、更換鋼包操作時(shí)溫度和成分控制、吹氬 清洗、過濾、加熱鋼水、熱中間包重復(fù)使用等，常用的中間包控流裝置和精煉方法如 圖2 1 所示。 7 圖2 1 中間包冶金過程的主要改善措施 f i g 2 1t y p i c a li m p r o v i n gm e a s u r e so ft u n d i s hm e t a l l u r g y 1 過濾器；2 感應(yīng)加熱，電磁攪拌；3 保護(hù)水口+ 吹氬；4 再加熱；5 堰和壩 6 出流控制；7 覆蓋劑；8 浸入式水口；9 底吹氣 2 2 2 1 防止鋼水再次污染技術(shù) 防止鋼水再次污染，就是抑制鋼水二次氧化、減輕耐火材料的侵蝕、減少渣的卷 入以及渣中不穩(wěn)定氧化物的危害，使鋼水的純凈度保持精煉后的水平。 二次氧化是鋼水污染的重要原因【1 8 l ，其防止措施是采用保護(hù)澆鑄技術(shù)，即從鋼包 到中間包注流采用大包長(zhǎng)水口和吹惰性氣體保護(hù)澆鑄，中間包液面加覆蓋保護(hù)渣并全 8 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章文獻(xiàn)綜述 程吹氬保護(hù)以隔斷空氣，或者采用密封罩來減少鋼水二次氧化。 為防止中間包鋼水卷渣，采用長(zhǎng)水口保護(hù)澆鑄、適當(dāng)?shù)目亓餮b置、合理的液面深 度以及澆鑄速度都可以減小液面波動(dòng)，減少鋼水卷渣現(xiàn)象的發(fā)生【1 9 2 1 1 。在非穩(wěn)態(tài)澆鑄 過程中，匯流旋渦的產(chǎn)生是中間包卷渣的主要原因。因此在換包過程中，在中間包內(nèi) 設(shè)置類似于轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)使用擋渣球的浮游閥，可以有效地減少中間包渣卷入結(jié)晶器的 數(shù)量。英國(guó)鋼鐵公司與素而陶瓷公司共同開發(fā)研制成功的旋轉(zhuǎn) 2 2 , 2 3 、德國(guó)d i d i e r 耐 火材料公司開發(fā)的旋轉(zhuǎn)管閥2 4 】以及黃曄開發(fā)研究的雙功能塞棒【2 5 】都可以有效地消除 匯流旋渦的影響，減少中間包卷渣，大大提高鋼水收得率和潔凈度。 耐火材料對(duì)鋼水的再氧化作用已引起冶金工作者的廣泛關(guān)注。被侵蝕的中間包包 襯耐火材料一部分成為鋼水二次氧化的氧化源，一部分進(jìn)入鋼水成為非金屬夾雜。有 文獻(xiàn)資料【2 純8 1 指出，中間包工作襯在鋼水澆鑄過程中會(huì)部分溶解到鋼水中去，其中分 解出的氧會(huì)成為鋼水再次氧化的來源。耐火材料材質(zhì)不同，在鋼水中溶解度也不同， 隨著耐火材料材質(zhì)由酸性到堿性的變化，其溶解度減小。如s i 0 2 質(zhì)耐火材料在鋼中的 溶解度較大，而m g o 、c a o 、a 1 2 0 3 等材質(zhì)的工作襯對(duì)于常壓下用a 1 脫氧的鋼水來說 則是穩(wěn)定的。目前為了適應(yīng)多爐連澆的需要以及防止鋼水污染，中間包襯趨向于使用 堿性材質(zhì)和中間包內(nèi)襯的全部鈣質(zhì)化【2 9 ，3 0 1 。 2 2 2 2 優(yōu)化中間包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了充分發(fā)揮多流中間包冶金功能，目前主要是采取一定措施均勻各流間鋼水的 溫度，防止卷渣并將鋼水中的夾雜物去除掉。中間包鋼水的凈化主要是通過夾雜物粘 附在包襯上或使其上浮至渣金界面被保護(hù)渣吸收來完成的，因此凡是有利于鋼水中夾 雜物碰撞和聚合的行為都有利于夾雜物的去除，其主要技術(shù)手段有中間包鋼水流動(dòng)控 制、過濾器、中間包吹氣攪拌等技術(shù)。 ( 1 ) 增大中間包容量 為了使中間包內(nèi)夾雜充分上浮去除，目前中間包向大容量和深熔池方向發(fā)展。增 大中間包容量可使鋼水在中間包內(nèi)有較長(zhǎng)停留時(shí)間，從而有利于夾雜上浮去除；增大 中間包熔池深度，一方面可以增大鋼水在中間包內(nèi)的最小停留時(shí)間，另一方面增大了 反應(yīng)器體積，亦即增大了平均停留時(shí)間；較深的熔池表面流速較小，減輕了液面波動(dòng)， 從而可以減輕鋼水二次氧化。 張立峰等人【3 1 1 研究了不同容量中間包采取相同控流裝置的冶金效果，其研究結(jié)果 表明，6 0 t 中間包夾雜去除率比1 0 t 中間包高出4 2 4 ，大顆粒夾雜物多去除2 5 9 ， 微觀夾雜物多去除1 1 8 。 9 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章文獻(xiàn)綜述 英國(guó)鋼鐵公司拉文斯克雷格廠的中間包由2 5 t 擴(kuò)大至4 5 t 后，鑄坯氧化鋁夾雜數(shù) 量減少，夾雜在內(nèi)弧側(cè)聚集的現(xiàn)象也大為改善【3 2 1 。 吳永生等人【3 3 1 對(duì)擴(kuò)容中間包冶金效果的研究表明，擴(kuò)容后中間包內(nèi)鋼水平均停留 時(shí)間與擴(kuò)容前相比延長(zhǎng)了3 0 。 ( 2 ) 堰和壩 目前，在中間包內(nèi)設(shè)置擋渣堰和導(dǎo)流壩是應(yīng)用最為普遍的技術(shù)措施。通過在中間 包合理設(shè)置堰和壩，改善包內(nèi)鋼水的流態(tài)，可以增加鋼水在中間包內(nèi)停留時(shí)間，減小 中間包死區(qū)體積，顯著促進(jìn)夾雜物的上浮，而堰和壩的位置、尺寸以及數(shù)量對(duì)結(jié)果影 響很大。中間包設(shè)置堰、壩結(jié)構(gòu)對(duì)直徑5 0 1 0 0 t m 的夾雜物上浮最為有利。堰、壩合 理組合還可以減輕渣的卷入。 李義科等【3 4 1 利用數(shù)學(xué)物理模擬研究方法優(yōu)化，設(shè)計(jì)了某鋼廠連鑄中間包控流裝 置。其數(shù)學(xué)模擬研究結(jié)果表明，中間包不設(shè)置堰、壩時(shí)，活塞區(qū)體積分率僅8 8 ，而 死區(qū)體積分率則高達(dá)1 6 1 ，采用優(yōu)化后的堰、壩控流組合方式，其活塞區(qū)體積分率 可達(dá)3 6 7 ，而死區(qū)體積分率則降至3 2 。其水模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模擬結(jié)果基本相 同，中間包不設(shè)置堰、壩控流裝置，死區(qū)大，活塞區(qū)小，優(yōu)化后中間包內(nèi)流體的流動(dòng) 特性大為改善。 王利亞( 35 】利用數(shù)學(xué)模擬的方法研究了中間包內(nèi)堰、壩對(duì)中間包內(nèi)鋼水流動(dòng)的影 響，其研究結(jié)果表明擋渣堰可以阻止表面回流，使注流產(chǎn)生的湍動(dòng)集中在注入流區(qū)， 在下游形成流動(dòng)平穩(wěn)的熔池。而導(dǎo)流壩則可阻擋沿包底的流動(dòng)，使流體流動(dòng)折向上方。 同時(shí)他還指出，堰j 壩要配套設(shè)置，且堰應(yīng)設(shè)置于壩的上游，才能改善中間包內(nèi)流場(chǎng)。 王立濤等 3 6 1 采用數(shù)學(xué)模擬的方法，對(duì)板坯中間包內(nèi)的鋼水流動(dòng)及夾雜物去除率進(jìn) 行了模擬研究。結(jié)果表明，設(shè)置擋墻和壩后，中間包內(nèi)有效防止了短路流，延長(zhǎng)了平 均停留時(shí)間，夾雜物整體排除率明顯提高，大大改善了中間包的冶金效果。 ( 3 ) 導(dǎo)流墻 導(dǎo)流墻是一個(gè)可取代堰、壩的單片式隔墻，其上設(shè)置一個(gè)到若干個(gè)不同尺寸和傾 角的孑l 洞，以控制鋼水的流速和方向。導(dǎo)流墻對(duì)于控制自然對(duì)流對(duì)鋼水流動(dòng)方向的影 響以及避免壩體上浮都非常有效。在實(shí)際使用過程中，導(dǎo)流墻還能吸附非金屬夾雜， 提高鋼水純凈度。 英國(guó)鋼鐵廠的實(shí)踐表明，在六流中間包中采用不對(duì)稱、能承受7 h 以上澆鑄的陶瓷 質(zhì)導(dǎo)流擋板后，與不設(shè)控流裝置中間包的冶金效果相比，內(nèi)、外側(cè)水口的鋼水溫度差 降低了7 ，拉漏現(xiàn)象的發(fā)生率降低了4 0 ，拉坯成型率提高了8 ，并且無水口阻塞 1 0 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章文獻(xiàn)綜述 現(xiàn)象【3 7 】。 ml l o u r y 等人【3 8 】對(duì)a 1 t i l c ok a n s a s 鋼鐵廠的六流t 型中間包進(jìn)行了水模和數(shù)模實(shí) 驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的中間包有兩種形式。一種是內(nèi)設(shè)上、下?lián)踉鼔?，而另一種在第一種基礎(chǔ)之 上又加了多孔導(dǎo)流擋板。實(shí)驗(yàn)證明：帶有導(dǎo)流擋板的中間包內(nèi)流向各水口的鋼水更加 均勻，從內(nèi)側(cè)水口流出的鋼水的平均停留時(shí)間比前者延長(zhǎng)了3 5 ，但對(duì)于從外側(cè)水口 流出的鋼水來說，平均停留時(shí)間卻略有些縮短。 李東輝等【3 9 1 通過數(shù)學(xué)物理模擬研究了中間包內(nèi)流體流動(dòng)及夾雜物的傳輸行為，提 出了一種新型中間包擋墻流動(dòng)控制形式一雙板多孔擋墻流動(dòng)控制。結(jié)果表明，中間包 采用多孔擋墻流動(dòng)控制后，夾雜物上浮率比堰、壩組合控流裝置提高1 0 左右，特別 是提高了中間包去除小顆粒夾雜物的能力，提高了鋼水潔凈度。 ( 4 ) 湍流控制器 圖2 2 方形湍流控制器結(jié)構(gòu)示意圖 f i g 2 2s c h e m a t i ci l l u s t r a t i o no fq u a d r a t et u r b u l e n c ei n h i b i t i n gp o u r i n gp a d 湍流控制器示意圖見圖2 2 ，其相關(guān)研究工作始于二十世紀(jì)9 0 年代初，基本思路 是在中間包長(zhǎng)水口下方安裝一種流動(dòng)控制裝置，以抑制鋼包高速注流對(duì)中間包流體流 動(dòng)的干擾h 叭。該裝置能減弱中間包流動(dòng)的湍流程度，有利于鋼水中夾雜物的上浮，而 且還能減小對(duì)中間包沖擊區(qū)包襯耐火材料的沖刷侵蝕，提高中間包使用壽命，并獲得 平穩(wěn)的液面流動(dòng)，減少液面渦流造成的卷渣。我國(guó)此項(xiàng)研究工作也開展得較早，在一 些鋼廠應(yīng)用后效果顯著。目前該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外許多鋼廠得到了推廣應(yīng)用。 rw c r o w l e y 等人h 1 】在三重?fù)踉鼔Φ闹袉柊屑釉O(shè)湍流控制器發(fā)現(xiàn)，采用湍流控 制器后活塞流體積分率增加，死區(qū)體積分率下降，最小停留時(shí)間提高。工廠實(shí)踐表明， 除了降低正常澆注和換包時(shí)的湍流外，還可以在新開澆時(shí)將大包水口完全打開，水口 11 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章文獻(xiàn)綜述 阻塞次數(shù)減少，鋼中的氧含量降低。 張立等【4 2 1 通過對(duì)采用湍流控制器的中間包進(jìn)行水模擬實(shí)驗(yàn)研究后指出，中間包采 用合理的湍流控制器，可改善中間包鋼水流動(dòng)特性，延長(zhǎng)鋼水在中間包內(nèi)停留時(shí)間， 提高中間包活塞流體積分率，降低死區(qū)體積分率。而且采用湍流控制器后，中間包液 面流動(dòng)平穩(wěn)，無小而急的旋渦流動(dòng)產(chǎn)生，因此可避免卷渣的發(fā)生。 鐘良才等【4 3 】通過水模擬實(shí)驗(yàn)，研究了不同結(jié)構(gòu)的湍流控制器對(duì)中間包流體流動(dòng)特 性的影響。研究結(jié)果指出圓形和方形無頂緣的湍流控制裝置對(duì)改善中間包流體流動(dòng)特 性效果不理想，而帶頂緣的圓形，特別是方形湍流控制裝置，可以顯著地改善中間包 流體流動(dòng)特性。 m o r a l e s 等m 】對(duì)安裝有控流裝置的中間包流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)物理模擬研究。其研究 結(jié)果表明，裝有湍流控制器和壩的中間包比裝有堰和壩或無控流裝置的中間包產(chǎn)生了 更大的活塞流體積，能更有效地消除鋼水表面的湍流和擾動(dòng)現(xiàn)象，促進(jìn)夾雜物的上浮。 ( 5 ) 其他結(jié)構(gòu)的控流方式 中間包吹氬，可使鋼水溫度和成分更加均勻，并可進(jìn)一