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硬线钢连铸小方坯作为高强度预应力钢丝和钢绞线的基料,其铸坯内部质量将直接影响成材率和产品质量。为此,本文选择硬线钢连铸小方坯内部质量控制的关键技术为研究内容。本文以国内某钢厂断面为150mm×150mm的小方坯为研究对象,考虑到八流浇注条件下钢液在中间包停留时间不均匀而引起各流过热度和方坯内部夹杂物水平差异,并且由于高碳钢小方坯自身凝固的特点而容易产生中心偏析、疏松和缩孔的现象,从而不利于获得较高铸坯内部质量的现实。为了提高硬线钢连铸小方坯的内部质量,本文就从改善中间包流动特性和控制小方坯内部缺陷的关键技术入手。首先,采用物理模拟方法,研究了不同控流装置下中间包内流体的流动特性,并提出最佳的控流方案。其次,结合某钢厂小方坯实际生产的工艺参数和射钉实验结果,建立小方坯连铸凝固传热数学模型,研究了不同浇注条件下凝固末端电磁搅拌器(F-EMS)安装的位置。再次,通过建立结晶器电磁搅拌数学模型,并结合实测的磁感应强度对模型进行了验证,研究了结晶器内电磁场变化规律,并优化了结晶器搅拌的工艺参数。本文主要得到以下结论:(1)通过对某钢厂目前采用的中间包控流装置进行了物理模拟研究,研究表明,第1、8流开始响应时间较长,死区体积较大;第3、6流开始响应时间较短;各流流动同步性较差;整体平均停留时间较短,说明原控流装置在流动特性方面还存在不足。通过分析多流中间包流动特性文献,并结合生产实际,设计了稳流器和高低挡坝,又设计了通过改变原挡渣墙开孔方向变成的新挡渣墙,对不同组合下的控流方案进行了物理模拟,综合考虑钢水平均停留时间、死区体积分数和活塞流体积分数以及各流一致性对中包流体流动特性的影响,对于八流中间包来说,推荐中包控流装置为新挡墙+稳流器+双挡坝的组合,其控流效果最佳;对八流变六流中间包来说,推荐中包控流装置为新挡墙+稳流器的组合,其控流效果最佳。(2)当结晶器水量为120m3/h,对于拉速为1.8m/min,比水量0.6L/kg,过热度从20℃增加到40℃时,液芯长度从9.50m变化到10.13m;末端搅拌器位置距弯月面距离由6.39-7.74m变到7.14-8.46m。当过热度为30℃,比水量为0.6L/kg,拉速从1.7m/min增加至1.9m/min时,液芯长度从9.23m变化到10.44m;末端搅拌器位置距弯月面距离由6.29-7.57m变到7.18-8.60m。过热度为30℃,拉速为1.8m/min,基础水量为0.6L/Kg时,比水量从基础水量的0.8倍增加到1.2倍时,液芯长度从9.89m变化到9.77m;末端搅拌器位置距弯月面距离由6.81-8.19m改变到6.66-8.04m。结晶水量为120m3/h,拉速为1.8m/min,过热度为30℃,比水量为1.1L/Kg条件下的液芯长度为9.02m,凝固末端电磁搅拌安装位置距弯月面的距离在6.00-7.29m之间。(3)电流强度一定时,电磁力随着搅拌频率先增加,后降低,在4.5Hz时达到最大值。频率一定时,电磁力随着电流强度的增加而增加。在不同电流强度和不同搅拌频率条件下,电磁力先增加后降低,在4.5Hz时达到最大值,因此确定最佳搅拌频率为4.5Hz。