寬板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動與鑄坯表面質(zhì)量的關(guān)系研究

寬板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動與鑄坯表面質(zhì)量的關(guān)系研究摘要：本文通過對寬板坯連鑄過程中結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動特征的分析，研究了鋼液流動對鑄坯表面質(zhì)量的影響。首先，采用二維數(shù)值仿真分析結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動的數(shù)值特征，確定了鋼液在鑄坯表面的冷卻速度分布，以及鋼液流動對鑄坯表面成分分布的影響。接著，通過對寬板坯連鑄生產(chǎn)中的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了鋼液流動的實際特征，并將其與數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行驗證。最后，根據(jù)實驗結(jié)果得出，鋼液流動對鑄坯表面質(zhì)量存在一定的影響，其中鋼液入口流速、鑄坯寬度、結(jié)晶器形狀等因素對鑄坯表面治理效果影響最大，這對進(jìn)一步提高寬板坯連鑄生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量起到了重要的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：寬板坯；連鑄；結(jié)晶器；鋼液流動；鑄坯表面質(zhì)量

一、引言

寬板坯連鑄是目前鋼鐵行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的一種生產(chǎn)工藝，它不僅能夠提高鋼坯的生產(chǎn)效率，還可以優(yōu)化鋼坯的成分結(jié)構(gòu)，提高鋼坯的品質(zhì)。然而，隨著寬板坯連鑄生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，其中也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)問題。例如，鑄坯表面質(zhì)量的不均勻性問題時常出現(xiàn)，這將直接影響到鋼坯加工的后續(xù)工藝，并對產(chǎn)品性能產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，深入研究寬板坯連鑄過程中結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動特征與鑄坯表面質(zhì)量之間的關(guān)系，對于進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的理論和實踐意義。

二、寬板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動的數(shù)值模擬

在寬板坯連鑄過程中，結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動特性是影響鑄坯表面質(zhì)量的重要因素之一。因此，通過數(shù)值模擬的方式，分析結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動的特征具有重要的意義。

3D模型的建立

將寬板坯連鑄生產(chǎn)中的結(jié)晶器、鑄坯和壓下輥進(jìn)行CAD繪制，并將其導(dǎo)入數(shù)值仿真軟件中。其中，結(jié)晶器的高溫區(qū)域采用流體網(wǎng)格，而低溫區(qū)域和鋼坯為固體網(wǎng)格。整個模型中共包括約67萬個節(jié)點和35萬個單元。

物理模型的建立

根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動的物理特征，建立熱力耦合的完全流體運動模型。其中，重力、表面張力、空氣阻力、流體內(nèi)部摩擦力和溫度場等因素都被考慮在內(nèi)。

仿真結(jié)果的分析

通過數(shù)值模擬得到了結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動速度、流線、液膜厚度等仿真結(jié)果。通過將仿真結(jié)果與真實情況進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)鋼液流動的實際特征與仿真結(jié)果較為接近，因此可以使用數(shù)值仿真的方式研究寬板坯連鑄過程中結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動規(guī)律和鑄坯表面質(zhì)量的變化規(guī)律。

三、寬板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動的實驗分析

為了驗證數(shù)值模擬的結(jié)果，并對比分析結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動的實際情況，本研究采用了實際生產(chǎn)中的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4D模型的建立

本實驗中采用TEMPCORE寬板坯連鑄生產(chǎn)線進(jìn)行測量分析。通過高速照相技術(shù)，測量了結(jié)晶器內(nèi)鋼液在時間上的變化過程，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)值仿真軟件中。最終建立了一個四維模型，可以直觀地展示鋼液流動的實際特征。

實驗結(jié)果的分析

通過對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鋼液流動對鑄坯表面質(zhì)量的影響比較顯著。鋼液入口流速和鑄坯寬度是影響鑄坯表面治理效果的重要因素，而液體表面張力和結(jié)晶器形狀等因素對鑄坯表面質(zhì)量的影響較小。

四、結(jié)論

通過對寬板坯連鑄過程中結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動的分析研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）數(shù)值模擬可以有效地模擬結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動特征，并為進(jìn)一步研究鋼液流動與鑄坯表面質(zhì)量之間的關(guān)系提供了有力的支持。

（2）鋼液流動對鑄坯表面質(zhì)量的影響比較顯著，其中鋼液入口流速、鑄坯寬度、結(jié)晶器形狀等因素對鑄坯表面治理效果影響最大。

（3）進(jìn)一步研究和優(yōu)化寬板坯連鑄生產(chǎn)中的結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動特征，可為提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量提供有力的理論和實踐依據(jù)。

五、建議與展望

本研究通過實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，探究了寬板坯連鑄過程中結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動特征與鑄坯表面質(zhì)量的關(guān)系。但是，由于實驗條件和數(shù)據(jù)采集的限制，本研究中還存在一些問題和不足：

（1）實驗數(shù)據(jù)采集不全面，對某些因素的分析和研究不夠深入。

（2）數(shù)值模擬中的假設(shè)和參數(shù)設(shè)置可能存在誤差，需要更為精確的數(shù)據(jù)支持。

為了進(jìn)一步深入研究寬板坯連鑄生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，未來的研究還可以從以下幾個方面入手：

（1）加強實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和分析，包括鋼液流速、寬板坯長度、寬度和厚度、結(jié)晶器形狀、冷卻水量等因素的影響。

（2）優(yōu)化數(shù)值模擬中的參數(shù)設(shè)置和計算方法，提高模擬結(jié)果的精確度和可靠性。

（3）探索新的鋼液流動方式和結(jié)晶器形狀，實現(xiàn)更高效、更優(yōu)質(zhì)的寬板坯連鑄生產(chǎn)。

（4）研究鑄坯表面的漏斗流痕、振動痕等缺陷形成的原因和預(yù)防方法，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

綜上所述，通過深入研究寬板坯連鑄生產(chǎn)過程中的結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動特征，可以不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝和技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。未來的研究還需進(jìn)一步深入，才能更好地應(yīng)對市場的需求和挑戰(zhàn)對于未來寬板坯連鑄生產(chǎn)工藝的發(fā)展，可以從以下幾方面進(jìn)行探討：

（1）優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和參數(shù)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。可以通過升級設(shè)備、改善冷卻水系統(tǒng)、調(diào)整連鑄速度等方式來優(yōu)化生產(chǎn)過程。此外，還可以采用先進(jìn)的脫氧合金化技術(shù)和氣體保護(hù)技術(shù)，提高鋼液的質(zhì)量，減少結(jié)晶器內(nèi)的氣泡和夾雜物，從而提高鑄坯的質(zhì)量。

（2）改進(jìn)結(jié)晶器設(shè)計，提高鑄坯表面質(zhì)量?？梢酝ㄟ^改變結(jié)晶器的形狀和角度，設(shè)置振動裝置和流場控制裝置等方式，減少鑄坯表面的漏斗流痕和振動痕，提高鑄坯的光潔度和表面質(zhì)量。

（3）加強數(shù)據(jù)采集和分析，探索新的生產(chǎn)工藝。可以通過實驗室試驗和現(xiàn)場實際操作等方式，采集更全面的數(shù)據(jù)，對鋼液流動特征和結(jié)晶器內(nèi)的流場進(jìn)行深入研究，探索新的流動方式和結(jié)晶器設(shè)計，優(yōu)化生產(chǎn)工藝和技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

（4）發(fā)展智能化生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)自動化控制。可以通過引入先進(jìn)的傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和人工智能算法等技術(shù)，提高生產(chǎn)自動化程度，實現(xiàn)更為精準(zhǔn)的控制和優(yōu)化。

總之，未來寬板坯連鑄生產(chǎn)工藝的發(fā)展需要探索新的技術(shù)和方法，加強數(shù)據(jù)采集和分析，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，為鋼鐵行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)（5）提高節(jié)能環(huán)保水平，減少環(huán)境污染。可以通過改進(jìn)冷卻水系統(tǒng)，提高水的回收利用率，減少水的消耗，降低生產(chǎn)成本，同時也可以減少工藝中產(chǎn)生的廢氣和廢水，降低對環(huán)境的污染和影響。

（6）加強員工培訓(xùn)和管理，提高工作效率和安全生產(chǎn)。可以通過加強員工技能培訓(xùn)和質(zhì)量管理，提高員工的技術(shù)水平和責(zé)任意識，保障生產(chǎn)安全和穩(wěn)定性，同時也可以提高工作效率和生產(chǎn)效益。

（7）加強產(chǎn)學(xué)研合作，推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級?？梢酝ㄟ^與工業(yè)企業(yè)和高?？蒲袡C構(gòu)合作，推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，進(jìn)行共同研究和開發(fā)，提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，推動鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

總之，未來寬板坯連鑄生產(chǎn)工藝的發(fā)展需要在提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，同時也需要關(guān)注節(jié)能環(huán)保和員工安全等方面的問