方坯连铸流场设计说明

1、 钢坯连铸流场设计概括钢连铸技术的发展和应用是钢铁冶金生产领域的一次重大技术革命。对钢铁工业生产工艺的转变、产品质量的提高和结构的优化发挥了革命性的作用。该工艺具有投资少、成本低、能耗低、生产周期短、产量高等优点，近年来取得了长足的发展，给钢铁生产工艺带来了重大变革。随着钢铁技术的飞速发展，钢铁的应用领域不断扩大，对钢铁的性能要求不断提高，钢铁工业结构的优化对产品规格和质量提出了更高的要求。钢坯的质量意义重大，受到研究人员的重视。连铸过程中合理的流场对防止钢水二次氧化、延长钢水在中间包内的停留时间、促进夹杂物的上浮和去除等具有重要作用。因此，研究分析连铸钢包、中间包、结晶器中钢水的流动规律，保

2、证钢水流动的合理性，具有重要的理论和现实意义。关键词：连铸；流场；钢包；中间包；模具目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255244#_Toc296255244 引言 PAGEREF _Toc296255244 h 1 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255245#_Toc296255245 1综述文献 PAGEREF _Toc296255245 h 2 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255246#

3、_Toc296255246 1.1钢连铸技术发展 PAGEREF _Toc296255246 h 2 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255247#_Toc296255247 1.2连铸技术概述 PAGEREF _Toc296255247 h 2 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255248#_Toc296255248 1.2.1连铸技术发展 PAGEREF _Toc296255248 h 2 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc2962552

4、49#_Toc296255249 1.2.2连铸工艺优势 PAGEREF _Toc296255249 h 3 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255250#_Toc296255250 1.2.3连铸生产正常化所需条件 PAGEREF _Toc296255250 h 3 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255251#_Toc296255251 1.3方坯连铸概述 PAGEREF _Toc296255251 h 4 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _T

5、oc296255252#_Toc296255252 2研究内容与方案 PAGEREF _Toc296255252 h 6 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255253#_Toc296255253 2.1研究背景 PAGEREF _Toc296255253 h 6 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255254#_Toc296255254 2.2研究目的 PAGEREF _Toc296255254 h 6 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296

6、255255#_Toc296255255 2.3研究内容 PAGEREF _Toc296255255 h 6 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255256#_Toc296255256 3钢包流场研究第 PAGEREF _Toc296255256 h 7部分 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255257#_Toc296255257 3.1钢包在连铸过程中的重要性 PAGEREF _Toc296255257 h 7 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _T

7、oc296255258#_Toc296255258 3.2钢包滑水口 PAGEREF _Toc296255258 h 7 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255259#_Toc296255259 3.2.1钢包滑水口机构的组成 PAGEREF _Toc296255259 h 7 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255260#_Toc296255260 3.2.2滑动喷嘴的原理 PAGEREF _Toc296255260 h 8 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.

8、doc l _Toc296255261#_Toc296255261 3.2.3滑门机构常见问题 PAGEREF _Toc296255261 h 9 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255262#_Toc296255262 3.3排水砂 PAGEREF _Toc296255262 h 9 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255263#_Toc296255263 3.3.1排水砂的工作原理 PAGEREF _Toc296255263 h 9 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设

9、计说明书.doc l _Toc296255264#_Toc296255264 3.3.2排砂对钢包开口率的影响 PAGEREF _Toc296255264 h 9 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255265#_Toc296255265 3.3.3排水砂充填状态 PAGEREF _Toc296255265 h 10 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255266#_Toc296255266 3.4钢包排渣系统 PAGEREF _Toc296255266 h 10 HYPERLINK I:X

10、骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255267#_Toc296255267 3.4.1除渣系统概述 PAGEREF _Toc296255267 h 10 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255268#_Toc296255268 3.4.2现有渣检测方法介绍 PAGEREF _Toc296255268 h 11 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255269#_Toc296255269 3.5钢包覆盖剂 PAGEREF _Toc296255269 h 13 HYPE

11、RLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255270#_Toc296255270 3.5.1传统钢包包覆保温剂 PAGEREF _Toc296255270 h 13 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255271#_Toc296255271 3.5.2新型包覆保温剂 PAGEREF _Toc296255271 h 13 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255272#_Toc296255272 4中间包流场研究 PAGEREF _Toc296255272

12、 h 15 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255273#_Toc296255273 4.1中间包概述 PAGEREF _Toc296255273 h 15 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255274#_Toc296255274 4.2中间包冶金技术 PAGEREF _Toc296255274 h 15 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255275#_Toc296255275 4.2.1中间包15的作用及冶金功能 PAGEREF _

13、Toc296255275 h HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255276#_Toc296255276 4.2.2中间包冶金技术现状 PAGEREF _Toc296255276 h 16 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255277#_Toc296255277 4.2.3高效连铸中间包冶金技术要求 PAGEREF _Toc296255277 h 17 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255278#_Toc296255278 4.3中间

14、包各种因素对钢水流场的影响 PAGEREF _Toc296255278 h 18 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255279#_Toc296255279 4.3.1中间包形状和喷射流量对多流连铸的影响 PAGEREF _Toc296255279 h 18 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255280#_Toc296255280 4.3.2中间包容量对流场的影响 PAGEREF _Toc296255280 h 18 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l

15、_Toc296255281#_Toc296255281 4.3.3流量控制装置对流场的影响 PAGEREF _Toc296255281 h 19 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255282#_Toc296255282 4.4目前中间包常见问题及改进措施 PAGEREF _Toc296255282 h 22 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255283#_Toc296255283 4.4.1中间包的问题 PAGEREF _Toc296255283 h 22 HYPERLINK I:X骥毕

16、业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255284#_Toc296255284 4.4.2中间包改进措施 PAGEREF _Toc296255284 h 23 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255285#_Toc296255285 5结晶器部分流场研究 PAGEREF _Toc296255285 h 25 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255286#_Toc296255286 5.1结晶器概述 PAGEREF _Toc296255286 h 25 HYPERLINK

17、 I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255287#_Toc296255287 5.2结晶器浸入式喷嘴 PAGEREF _Toc296255287 h 25 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255288#_Toc296255288 5.3结晶器内钢水流场的影响因素 PAGEREF _Toc296255288 h 26 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255289#_Toc296255289 5.3.1浸入式喷嘴结构参数对流场的影响 PAGEREF _Toc2

18、96255289 h 26 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255290#_Toc296255290 5.3.2浸入式喷嘴浸入深度对流场的影响32 PAGEREF _Toc296255290 h 29 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255291#_Toc296255291 5.3.3浸入式喷嘴安装角度 PAGEREF _Toc296255291 h 29 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255292#_Toc296255292 5.

19、3.4模具宽度对流场的影响 PAGEREF _Toc296255292 h 29 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255293#_Toc296255293 5.3.5牵引速度对流场的影响 PAGEREF _Toc296255293 h 30 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255294#_Toc296255294 5.3.6结晶器电磁搅拌（即M-EMS）强度E对流场的影响33 PAGEREF _Toc296255294 h 30 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书

20、.doc l _Toc296255295#_Toc296255295 5.4结晶器钢水连铸电磁搅拌技术 PAGEREF _Toc296255295 h 32 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255296#_Toc296255296 5.4.1电磁搅拌器工作原理 PAGEREF _Toc296255296 h 32 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255297#_Toc296255297 5.4.2电磁搅拌技术的种类35 PAGEREF _Toc296255297 h 32 HYPERLI

21、NK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255298#_Toc296255298 5.4.3结晶器电磁搅拌的冶金机理及效果36 PAGEREF _Toc296255298 h 34 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255299#_Toc296255299 5.5连铸电磁制动技术 PAGEREF _Toc296255299 h 34 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255300#_Toc296255300 5.5.1电磁制动技术研发背景及工作原理 PAGER

22、EF _Toc296255300 h 34 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255301#_Toc296255301 5.5.2电磁制动技术在冶金应用中的作用 PAGEREF _Toc296255301 h 36 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255302#_Toc296255302 结论 PAGEREF _Toc296255302 h 37 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255303#_Toc296255303 参考文献 PAG

23、EREF _Toc296255303 h 38 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255304#_Toc296255304 至 PAGEREF _Toc296255304 h 41 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255305#_Toc296255305 注释 PAGEREF _Toc296255305 h 42 HYPERLINK I:X骥毕业论文终稿X骥毕业设计说明书.doc l _Toc296255306#_Toc296255306 附录 PAGEREF _Toc296255306

24、h 43介绍钢连铸技术的开发与应用，是钢铁冶金生产领域继氧气转炉之后的又一次重大技术革命。对钢铁工业生产工艺的转变、产品质量的提高和结构的优化发挥了革命性的作用。该工艺具有投资少、成本低、能耗低、生产周期短、产量高等优点，近年来取得了长足的发展，给钢铁生产工艺带来了重大变革。优质的连铸坯对连铸钢水的洁净度和铸坯质量的要求越来越高。连铸过程中合理的流场对于防止钢水二次氧化、延长钢水在中间包中的停留时间、促进夹杂物的上浮和去除等方面具有重要作用。因此，研究分析连铸钢水的流动规律，保证钢水流动状态的合理性，具有重要的理论和现实意义。本设计手册对连铸过程中各个环节对流场的影响进行了全面的介绍和阐述。根

25、据。1文献综述1.1钢连铸技术的发展本世纪初，中国由钢铁净进口国向净出口国转变，钢铁产量占世界总量的三分之一。随着产能的扩大，大型化、现代化的设备和工艺技术的不断提高，使我国主要大中型钢铁企业的技术水平达到了世界同类钢厂的水平。由于资源能源的限制，以及环境承载能力的限制，中国钢铁工业的定位是满足国家市场的需求。发展的主要动力是中国工业化、城镇化的不断推进和大型能源交通基础设施的建设。对钢材的数量、品种和质量的要求不断提高。为贯彻落实科学发展观，走新型工业化道路，我国需要建设集优质钢铁生产、能源高效转换和社会垃圾消纳三大基本功能于一体的新一代可回收钢铁工艺。我国钢铁工业在新钢种的研发和钢质的提高

26、方面也取得了显著成绩，使高性能汽车用钢、管线钢、模具钢、不锈钢等基本站稳脚跟在国内，有力地支持了中国的装备制造。行业快速发展。1.2连铸技术概述钢连铸技术的开发与应用，是钢铁冶金生产领域继氧气转炉之后的又一次重大技术革命。对钢铁工业生产工艺的转变、产品质量的提高和结构的优化发挥了革命性的作用。1.2.1连铸技术的发展钢连铸技术发明已有150多年的历史，已成为钢水团聚的主要工艺。世界先进主要产钢国的连铸率已达95%以上。近20年来，我国连铸技术发展迅速，在成熟生产技术的应用、新技术的开发、基础研究的应用等方面取得了长足的发展。一。与我国钢铁工业在世界上的地位一样，我国是连铸生产大国，但不是连铸技

27、术大国。我国连铸机种类齐全，从几毫米钢坯的线材连铸机到3m宽度10毫米以上的宽厚板连铸机，从立式、立弯、直圆弧、圆弧等都有到卧式连铸机。代表性的主要机型有直圆弧板坯连铸机、弧形坯连铸机、弧形大方坯连铸机和立弯薄板坯连铸机。近年来，我国在高效连铸、薄板坯连铸、特钢连铸等方面取得了长足的进步。目前，我国连铸机设计开工率在80%左右，实际开工率通常在60%90% ，部分连铸机开工率已超过90% 。板坯连铸机的连铸速度一般为1 1.8m/min，薄板坯为4 /min 5.5m， 4ml钢坯120mm为3 20mm/min ， 1钢坯为150mm2 150mm/ 3mmin 。设计产量方面，大板坯或薄板

28、坯连铸机100万吨/流，方坯连铸机约12万吨/流。部分钢坯（120mm或150mm）连铸机年产量已超过18万吨/流。我国连铸生产水平与世界同类指标相当。近年来，我国引进了多条薄板坯连铸连轧生产线。部分薄板坯连铸机设备技术处于世界先进水平。在新型连铸技术、高效连铸技术、近净形连铸技术、电磁连铸技术、特殊钢连铸技术、连铸坯凝固控制技术和双辊薄带连铸技术的研发中已开展铸造技术。工作。许多连铸新技术的研究与开发紧跟国际发展步伐。1.2.2连铸工艺的优点钢水释放显热和潜热，在连续状态下逐渐凝固成一定形状的铸坯。在从液体到固体的转变过程中，系统存在动量、传热传质、相变、外力和应力引起的变形。这些过程非常复

29、杂并且经常耦合或相互作用。与压铸-喷花工艺相比，连铸工艺具有以下优点：1 .简化板坯生产工艺流程，省去压铸工艺的脱模、合模、浸锭、制坯等工序，可节省资金40%，减少占地面积30%，运营成本可节省40%。 %，耐火材料消耗可减少15% 。2、金属收率提高。一方面大大减少了坯料的切头尾损失；减少金属损耗，金属收率可提高9%左右。3 、生产过程能耗降低，可省去钢锭落料均热炉的燃烧电耗，能耗可降低1/4 1/2 。4 .生产过程的机械化、自动化水平得到了提高，为提高劳动生产率和企业管理现代化创造了有利条件。1.2.3连铸生产正常化所需条件1 .设备状况良好连铸机工作在极其恶劣的高温环境中，板坯质量和生

30、产率水平都受到设备状态的影响。2 .完善的炼钢工艺与连铸、压铸相比，对钢水质量（温度、化学成分等）有更严格的要求。3 .科学的管理方法现代连铸由多个过程组成。时效性强的生产线强化了生产调度指挥系统。有效的生产组织网络是保证连铸稳定性的基础。4 .人员素质高现代连铸机是机械、电力、仪表、自动控制等技术密集型设备。液态的凝固也是一个非常复杂的相变和传热过程。连铸生产和维护职工队伍要做好员工培训和知识更新，提高连铸工人素质是连铸生产的重要条件。1.3方坯连铸概述钢坯连铸机用于长钢产品的生产，包括各种机械设备制造的性能要求复杂的结构钢，以及产量大、性能要求相对较低的结构钢，如钢筋、钢卷、等。冷拉成高强

31、度钢丝。方坯连铸机种类繁多，差异较大。主要区别在于：1.断面差异较大，可以从130mm130mm到370mm 480mm；2 、钢坯连铸拉拔速度存在较大差异。大断面坯的拉拔速度为0.6 1.2m/min ，而小断面可达2.5m/min以上，因此要求型渣性能差异较大；3 、小断面钢坯连铸时，结晶器液面波动较大，不易稳定。如果结晶器渣选择不当，容易造成铸坯夹渣等缺陷；4 、小断面钢坯结晶器散热快，液面温度低，容易出现模壁粘渣和熔渣凝固现象，铸坯容易出现起皱、结疤、重接等缺陷；5 、与板坯连铸相比，钢坯连铸不易产生表面纵向裂纹；6 、浇注口的种类很多，有侧出孔、底出孔、四孔出水口。有些钢坯不需要浸入

32、式喷嘴，也不能用模渣润滑。钢坯连铸一般是指截面尺寸为70 70 160 160mm2的钢坯，或相同面积的其他截面形状的钢坯。目前各国生产的钢坯断面一般在90 90 160 160 mm2之间，小于90 90 mm2的钢坯拉拔速度快，浇注困难，铸坯质量差，所以目前产量较少。钢坯连铸具有设备简单、建设投资低、生产率高、生产成本低等优点，因此钢坯连铸发展迅速。用钢坯连铸机生产普通碳素钢棒材、棒材和线材更为经济。近年来，由于小断面铸造方坯钢流保护浇注、电磁搅拌技术和计算机过程控制的发展和应用，方坯连铸机也可以生产合金钢。当前，世界能源紧缺，燃料不断上涨。钢铁企业也是消耗能源的主要部门。如果采用连铸-落

33、料工艺生产小板坯，能耗非常大；如果采用小钢坯连铸工艺，不仅省去了落料工序，而且实现了火变有用，大大节约了能源。在与大型钢厂的竞争中，中小型钢厂优先发展钢坯连铸，采用电炉-钢坯连铸连轧工艺。铸造技术的发展。为了简化操作。为提高钢坯连铸机的开工率，在设备结构上做了很多改进，如采用刚性引锭杆；为节约能源，研究了坯料的热送工艺；为了满足各种品种的要求，开发了小坯料。钢坯、大方坯、圆坯和板坯的连铸机。钢坯的流水数一般为1-4流，每流的流距为900- 。1200mm连铸机的流量由炼钢炉的容量、浇注时间、浇注段和提拉速度决定。炉膛容量越大，与浇注的小断面连铸机配套，所需流量越多。大容量炉坯连铸机有两种方法：

34、1 、延长浇注时间。例如用8流连铸机将300吨钢水浇注到150 150mm的钢坯中，浇注时间约为140分钟。为此，要提高出钢温度，钢包和中间问题要做好预热，并尽量减少出钢和浇注之间的温降，以保证所有钢水都能顺利浇注。2 、另一种方法是增加连铸机的股数，如采用12股连铸机。使用12连铸机时，如果使用普通连铸机，中间问题过长，操作比较困难。对于这个问题，国外有以下假设：1）将一袋钢水分成两袋，然后用两台六流小方型铸造机；2）将一个带有两个水口的大钢包浇注到两个布置在背面的六流小方形连铸机中；3）采用密连连铸机，将12个料流分成4组，每组3个料流，安装在一个机架内，一组料流的间距为350mm10个，

35、相邻两个模具的中心距可变大了。板坯截面尺寸大于220 mm220 mm为大华。由于大方坯连铸机在浇注优质特殊钢和不锈钢时，可以降低连铸速度，减少钢坯的非金属夹杂物和中心气孔，提高钢坯质量，生产能力不降低，可以提高产品质量和经济性。在合理性方面具有一定的优势，从而逐渐取代压铸成为优质特钢的主要铸造工艺。2研究内容与计划2.1研究背景随着钢铁技术的发展，对钢材的性能要求不断提高，钢铁行业对产品规格和质量提出了更高的要求。从浇注到钢坯成型，钢水经过钢包、滑水口、中间包、浸入式水口和结晶器，每个环节对钢水的流动和成分都有一定的影响。研究和改进各种中间设备，对提高连铸坯质量具有重要意义。2.2研究目的对

36、连铸钢包、滑动水口、中间包、浸入式水口、结晶器钢水进行优化，保证钢水流动状态的合理性，防止钢水二次氧化，延长钢水在中间包内的停留时间。 、促进去除夹杂物上浮、减少钢水中夹杂物、减少铸坯裂纹等具有十分重要的理论和现实意义。2.3研究内容钢水从开包到铸坯成型的基本介绍，包括钢包、滑动水口、中间包、浸入式水口、结晶器以及现在广泛应用的各种新技术，及其工作原理，国外研究现状简要总结，及其分析了不同条件下对钢水流场的影响，改进了各环节设计不合理的问题。3 、钢包流场研究3.1钢包在连铸过程中的重要性钢包是连铸过程中盛装钢水和开口浇注的主要设备。其在浇注过程中的钢水流动状态，特别是浇注结束时的钢水流动状态

37、，直接影响钢水的成分。这些因素在钢水浇注过程中会有所不同。压铸改连铸后，再加上炉外精炼技术的应用，钢包不再只是运送和浇注钢水的容器，而是炉外精炼的精炼炉，这必然会延长钢水在钢包中的停留时间，增加钢包周转过程的运行，增加了这些因素的变化。因此，有必要根据实际情况研究钢包内钢水的行为，找出各种因素对钢包内钢水流动状态的影响，从而确定这些因素的影响。影响钢水流动行为的因素。过程中的管理和调度保证了连铸过程中钢水流场的变化适应浇注过程的工艺需要。3.2钢包滑水口3.2.1钢包滑动闸门机构的组成钢包滑水口机构是安装在钢包底部的装置。 1000度以上的钢水通过它进入中间包或激振器。滑动水口可随时开启和关闭

38、，起到控制钢水温度、调节钢水流量、保护钢包下设备和操作人员安全的作用。滑动闸门技术已在世界范围内普及，我国钢包上基本安装了滑动闸门机构13 。钢包滑动水口主要由耐火材料部分和支撑机构部分两部分组成。如图1所示，由座砖、上水口砖、上滑板、下滑板和下水口砖组成。图1滑动喷嘴示意图为了将上述耐火材料部件固定在钢包底部，需要一个支撑机构部件来实现安装。安装结构示意图见图2 46 。图2滑动喷嘴支撑机构示意图固定架：用于安装滑板，固定在钢包上。用于安装滑板进行平行位移。开合架：连接固定架，托起滑动架，施加面压，安装排水砖。出水口顶座：托起出水口砖，将出水口砖与下滑板压紧。隔热罩、防溅板：防止钢水飞溅和热

39、辐射。传动机构：连杆和传动臂，将油缸的垂直动力转化为水平动力，推动下滑板运动。冷却机构：由风冷管道组成。通过冷空气降低机构温度，并冷却弹簧以防止变形。驱动机构：由电动缸或油缸组成。3.2.2滑动喷嘴的原理钢包滑水口机构是用两块耐火材料制成的平板安装在钢包底部的金属壳外面（上面的叫上滑板，下面的叫下滑板） 。两个滑板被机械力压缩。到几乎没有缝隙的地步。通过外力驱动下滑板移动，使上下滑板平行位移。由于上下滑板有相同尺寸的浇注孔，而上滑板的浇注孔与上水口相连，因此直接与钢包钢水相连。 ，下滑板的浇注孔与出水口相连。当上下浇注孔在运动过程中重合时，钢包中的钢水可以通过上水口、上滑板、下滑板和下水口流出

40、，进行浇注作业。当上下滑板的浇注孔错开时，浇注孔关闭，浇注作业停止。由于滑板的运动与水口相连，整个机构安装在钢包底部，故称为钢包滑动水口机构78 。3.2.3滑门机构常见问题钢包滑水口机构是钢包系统的重要组成部分，是将钢包中的高温钢水安全、稳定、可靠地注入中间包的关键设备。但是，这种机制在实际使用中也存在很多问题，可以归纳为以下几点919 ：1 .支撑机构装置的原因。主要表现为机构加工精度差，使滑动面上的表面压力分布不均匀；使用的弹簧元件耐高温性差，使用寿命短；驱动装置故障。2 .耐火材料。主要表现为座砖耐高温强度低，上水口砖热稳定性差，钢水容易渗入缝隙造成漏钢；滑板砖不耐钢水冲刷。 “马蹄形

41、熔损”下水道砖在使用过程中受热应力的影响，容易出现裂纹甚至断裂。3 .操作原因。主要表现在钢包不能自动浇注时，采用氧煮浇注烧坏滑板滑动面；滑板滑动面有未清理干净的钢渣，导致两滑板之间有间隙。3.3排水砂滑水口排水材料是一种不定形的耐火材料，填充在滑水口的上水口和上滑板的钢孔中。浇注时可使钢包钢水顺流而下。3.3.1排水砂的工作原理钢包钢水自动浇注是指盛有钢水的钢包打开滑板后，钢水自动流出钢包，顺利倒入中间包。浇注原理是：钢水与排水砂接触时，高温钢水会使上层排水砂形成一层薄薄的烧结层。当滑板打开时，烧结层下的排水砂在重力作用下会顺着上水口、滑板和下水口流动。流出，使烧结层形成空壳；钢水的静压压碎

42、形成空壳的烧结层，使钢水自动从水口流出。3.3.2排砂对钢包开口率的影响排水砂的质量是影响开孔率的主要因素之一。就排水砂本身而言，无法自动开始浇注的主要原因如下：1 .排水砂烧结层太厚，钢水静水压力冲不走；2 .钢水浸入排水砂的颗粒中并凝固；3 .排水砂的颗粒有棱角，或受热膨胀过大，导致流动性差。为此，要求排水砂满足以下条件：1 .没有过度烧结；2 .良好的抗钢水渗透性；3 .流动性好。3.3.3排水砂充填状态填料的充填状态包括填料的量、浇包滑水口处填料的形状等。在生产中，如果填料状态不好，容易堵塞钢包滑动水口，降低自然浇注速度。当填充料填充量不足时，填充料无法填充滑动水口，钢水进入水口冷区凝

43、固堵塞；当加入足够的填料时，可以防止钢水进入水口，减少堵塞程度，有利于提高自然开口率。在现场，填充材料的填充通常是手动进行的。由于工作条件恶劣，在装载填料时，会出现如图3所示的三种堆垛状态。对于b和e两种堆积状态，填料被钢水冲刷后，钢水容易进入钢包滑水口凝固，造成滑水口堵塞，不能自然浇注。生产试验表明，当滑水Iq完全充满时（如图a所示），滑水1 : 3的堵塞减少，自然开启率明显提高。图3滑动喷嘴填料的堆积状态3.4钢包渣系统3.4.1除渣系统概述在连铸中，钢水从钢包出口流向中间包，然后从中间包出口进入结晶器。如果钢包渣流入中间包，会导致钢渣堆积，使连铸无法正常进行；中间包的钢渣进入结晶器，会降

44、低板坯的清洁度，甚至造成泄漏事故。由于连铸生产的重要性，从连铸钢包到中间包的夹渣检测技术成为当前研究的重点。在连铸过程中，从钢包进入中间包的炉渣量对连铸操作和最终产品的质量有着至关重要的影响。随钢流进入中间包的钢包钢渣量会导致中间包渣层厚度不断增加。中间包渣过多不仅会降低钢坯表面清洁度，还会加速中间包耐火材料的腐蚀。同时，中间包中渣壳的重量也会同时增加，从而影响连铸。因此，要想生产出高质量的连铸坯，最根本的一点就是要把从钢包进入中间包的渣量减少到合理的最小值。为了准确确定钢水浇注过程中钢包的浇注终点，国家一般采用以下两种方法：1 .目测20一般钢包倒入中间包时，为防止钢水二次氧化，采用长水口（

45、保护套）保护钢流。为了确定钢包的浇注终点，唯一的办法就是改变钢包重量。钢包内衬的重量因侵蚀而不断变化，转炉出钢中的渣量因炉而异。这些因素影响浇注终点判断的准确性。长护罩必须提前拆除，铸件的终点通过人工目测确定。在此期间，钢水将被严重氧化两次。同时，连铸机通过钢水的颜色特征来区分钢和钢渣。由于出钢时浓烟和强光，很难找到钢渣。因此，取下长罩后，用肉眼观察熔渣时，熔渣量往往很大。甚至当料流变成满渣时，也可以区分是否混入渣，然后关闭滑动喷嘴。此时有大量钢渣。进入中间包，为避免出现大量钢渣进入中间包的情况，操作人员不得不提前关闭水口，特别是对质量要求严格的钢种，会造成残留钢量过多。钢包增加和减少钢水。产

46、量，从而降低经济效益。从操作人员的劳动保护角度看，长期用肉眼观察带渣钢水会导致视力下降。2 .按重量分析21这种方法是通过安装在钢包上的称重设备实时监测钢包的重量。浇注时，根据钢包重量的变化，检查炉渣是否已经沉积在一边。由于钢水与渣的比重差异较大，钢包重量变化率变化时即可判断出渣。但这种方法对称重设备的精度要求较高，而且内衬的重量会因冲刷不断变化，而且每次钢包出钢量也不一样，而且喷嘴的变化等因素都会影响准确度。渣的判断，所以这种方法很少使用，只能作为肉眼观察法的辅助手段。为了解决目前国内渣检测中的这些问题，需要钢渣自动检测技术。3.4.2现有渣检测方法介绍1 .红外技术实现钢渣检测22该方法基

47、于非接触式熔渣检测系统的概念：其核心部件是一个摄像头，用于捕获红外波长范围内的辐射能。由于钢水和炉渣具有不同的辐射特性，因此可以通过在许多红外波长范围内发射的辐射密度来区分钢水和炉渣。这种方法的优点是系统可靠，能准确反映炉渣含量。缺点是检测时无法阻挡钢流。如果用于钢包到中间包的夹渣检测，则必须去掉长水口，这样会引起钢水的二次氧化，所以一般不用于钢包夹渣。在检测中，主要用于转炉下渣的检测。2 .电磁检测方法22检测系统的关键部件是传感器，传感器的安装位置如图4所示。传感器嵌入钢包底部喷嘴同心位置的下砖中。图4传感器安装位置示意图这种方法的优点是系统可靠，可以反映钢流中混入的渣量。缺点是传感器工作

48、环境恶劣，需要经常更换，制造和使用成本高。3 .超声波检测方法23超声波检测法的原理是利用有渣时和无渣时超声波信号与反射信号的差异来实现对钢渣的检测。钢渣中超声波检测有两种选择。第一种是使用浸入式超声波探头。如图5所示。图5浸没式超声波探伤原理示意图浸入式超声波探头由压电晶体、低碳钢波导和安装在石墨支撑框架上的反射器组成。钢水和炉渣可以通过这个反射器。超声波由超声波脉冲发生器发出，超声波遇到底壁会被反射回来。反射信号被接收探头接收，放大并转换成电信号，然后显示在示波器上。这种方法的优点是对铸造过程没有影响。但是，只有在关键残渣流到中间包后才能检测到。这样，当检测到熔渣时，就会有一定的熔渣量。而

49、且超声波探头的工作温度较高1500，使用该系统的成本也比较高。中间包结晶器渣层的存在也会给钢渣的检测带来问题。第二种方法是将超声波探头安装在钢包侧壁上。这种方法的优点是可以在熔渣流入中间包之前检测到熔渣。但钢包需要改造，超声波探头的工作环境也比较恶劣，工作温度高达700 800，制造和使用成本高。3.5钢包覆盖剂合适的钢水温度是保证钢水顺利浇铸成合格钢锭的必要条件。为了防止钢包钢水直接暴露在空气中，造成浇注过程中钢水温度下降过快，必须在钢包表面加入一定量的钢水保温剂。转炉出钢后的钢水保温。保温剂的保温效果有好有坏。质量影响更大。3.5.1传统钢包包覆保温传统的覆盖保温剂采用炭化稻壳。具有容量小

50、、热容小、熔点高、不易腐蚀耐火材料等特点。但也存在炭化稻壳铺展性差、保温效果不理想等缺点。3.5.2新型钢包包覆绝缘剂由于炭化稻壳在保温性能方面存在一定缺陷，已不能满足炼钢工艺要求，因此开发新型钢水覆盖剂势在必行。在新型钢包包覆剂的研制中，针对炭化稻壳性能的主要缺陷，主要从以下几个方面改进成分设计：1 .提高覆盖剂的铺展性。方法是加入一定量的膨胀蛭石和膨胀石墨。膨胀蛭石和膨胀石墨均具有较高的膨胀能力，使包覆剂放入钢包后迅速铺展，使包覆剂有效地覆盖钢水表面。同时，这种膨胀作用还可以在钢水表面的渣层中形成隔离层，可以有效降低钢水向外的热传导速度，起到隔热的作用。2 .增加覆盖剂的热值。方法是在包覆

51、剂中加入适量的发热剂，利用发热剂化学反应产生的热量来弥补钢包钢水的热量损失。在放热剂的选择上，我们考虑了两种选择：一种是添加铝粉，另一种是使用焦炭粉和煤粉。3 .确保覆盖剂具有合适的成渣性能。覆盖剂的成渣性能包括合适的成渣速度和成渣温度。包覆剂加入钢包后，最理想的是形成三层结构：原始层、烧结层和液态层。这就要求覆盖剂加入钢包后必须有一定的成渣速度，使部分熔渣与高温钢水接触后形成一定的渣层，铺展在钢水表面，覆盖在钢水表面。4中间包流场研究4.1中间包概述图6 ，在连铸过程中，中间包是连接连铸机钢包和结晶器的中间装置。钢水先从钢包内注入中间包，然后通过中间包水口分布到下模，钢水在下模冷却至固态，拉

52、出切割成成品的连铸坯。除了更换钢包的时间很短外，中间包的液位保持不变，钢水的静压恒定，因此中间包可以连续、均匀地向结晶器供应钢水。图6连铸工艺流程图4.2中间包冶金技术4.2.1中间包的作用和冶金功能随着对钢质的要求越来越严格，随着钢包冶金的成功，人们不能再把中间包作为一个简单的容器，而是力求进一步去除中间包中的夹杂物，防止钢水再污染。为此，提出了中间包冶金的概念。一般来说，作为冶金精炼反应器，中间包应具备以下功能25 ：1 .消除钢水二次污染，防止钢水二次氧化，防止耐火材料侵蚀和钢包涡流夹渣。7对连铸过程中夹杂物的可能来源进行了更全面的分析。这些来源是： 1）钢包喷嘴处的涡流夹带渣； 2）从

53、钢包到中间包注入流的空气氧化； 3）注入流量影响中间包液位引起夹渣； 4）中间包耐火材料的侵蚀； 5）中间包喷嘴吸入空气； 6）浸入式喷嘴的结节脱落，形成大颗粒夹杂物； 7)保护渣卷入钢中。图7连铸项目夹杂物来源2 .钢水在中间包流动过程中，进一步去除钢中的夹杂物，即尽量延长钢水的平均停留时间，改善流动状态，防止击穿流动，减少死区。3 .熔渣监测系统、液位控制系统、加热设备、合金微调、夹杂物形状控制等相关技术的开发。为实现上述功能，开发了多项中间包冶金技术。通过上述冶金功能的实现，进一步净化了进入结晶器的钢水的洁净度。为此，冶金学家提出了将中间包作为连续精炼冶金反应器的想法。与钢包精炼技术一样

54、，中间包已成为钢铁生产过程中独立的冶金反应器。4.2.2中间包冶金技术现状目前使用的主要中间包冶金技术有：1 .增加中间包容量。增加中间包容量，使钢水在中间包中的停留时间更长，有利于夹杂物充分上浮。使用大容量中间包还可以提高连铸时钢的清洁度，使其在更换中间包时保持稳定状态，无需降低提速而不夹渣。2 .避免中间包水口堵塞，改进水口技术。改进中间包覆盖剂和水口材料，避免浇注过程中中间包水口堵塞；采用回转管阀浇注，使中间包钢水位降低到较低水平，不损害铸坯质量，提高钢水收得率。3 .中间包流量控制装置。堰、坝、导流隔板、过滤器和湍流控制器与它们结合用于控制中间包中钢水的流动。最大限度地减少湍流的扰动，

55、减少死区，增加钢位平均停留时间，有利于夹杂物的去除，提高钢水的清洁度。4 .中间包补料技术研究。中间包钢水喂钙丝是为了去除夹杂物并使夹杂物变性，中间包钢水喂合金丝主要是调整钢水成分。送丝技术为中间包冶金提供了更多机会。5 .中间包加热技术研究。为了消除更换钢包时中间包内钢水的密度差异，中间包加热技术应运而生。6 .中间包吹气技术。吹入的气体一般为Ar 。 Ar的搅拌促进了夹杂物的上浮。采用中间包吹氩技术，夹杂物含量降低25% 。7 .离心流中间包的应用。离心流中间包利用旋转钢水产生的离心力促进夹杂物分离，抑制钢水短路流动，促进大夹杂物上浮。4.2.3中间包冶金技术对高效连铸的要求与常规连铸技术

56、相比，高效连铸技术具有较高的浇注速度、较高的连铸机开工率、较高的连铸率、较高的质量水平和较高的钢坯温度。其核心是高拉速，目的是提高连铸机及整个配套过程的生产效率和板坯质量。高效连铸技术对钢水的浇注温度、清洁度和流动稳定性有严格的要求，因此需要通过数学模拟和物理方法对中间包内钢水的流动特性和温度分布进行深入研究。模拟。应用中间包冶金技术，优化中间包结构参数，获得良好的流型和流动特性。1 .连铸高效改造应采用大容量、长寿命、深中间包，通过流动模型模拟计算优化设计中间包。2 .通过流量控制和过滤设备（包括坝、堰、导流板和过滤器）的优化组合应用，可以有效控制钢水的流动方向、流动方式和停留时间，更有利于

57、夹杂物的分离和过滤. .3 .钢水的成分和温度可以通过螺旋加料技术等多种精炼方法进行精确调节。4 .采用等离子中间包加热技术，加入既能起到保温作用又能微调部件的覆盖剂，实现多炉连铸和低过热度高速铸造。5 .中间包热周转技术可以减少热损失，稳定浇注温度，有利于高效连铸的推进。6 .中间包内衬材料的改进可以大大提高中间包的使用寿命。4.3中间包各种因素对钢水流场的影响4.3.1中间包形状和射流对多流连铸的影响润生等人。 26通过水模型的正交实验对带加热功能的四流中间包进行了优化设计，发现当来流稍微偏离对称轴时，会引起非常敏感的钢水偏差。 S.Joo用数学模型研究了中间包壁倾角对浇注的影响，认为壁倾

58、角大不利于温度均匀，但有利于夹杂物的上浮；何有多等人利用数学模型研究了不同倾角的中间包流场，认为斜壁增加了钢水的最短停留时间，但倾角对流态影响不大。采用各种形状的中间包，以满足多流浇注的要求。常见的中间包线有B型27 、 V型、 T型、 C型、 H型等（图8） 。其中， H型中间包不仅可以使钢水在中间包内顺畅流动，而且可以延长钢水的停留时间，尤其是在更换钢包时，可以大大减少钢水液位的波动和夹渣现象，显着加强中间包的冶金效果。图8中间包结构4.3.2中间包容量对流场的影响增加中间包容量可以使钢水在中间包内有更长的停留时间，以利于夹杂物的上浮，提高钢水的清洁度。此外，较深的熔池表面流速较小，减少了

59、液位的波动，也有利于减轻二次氧化。文献研究了中间包容量对钢水清洁度的影响，认为大容量中间包是中间包冶金发展的趋势。中间包下防渣技术的应用是将中间包底部靠近水口的地方部分降低，使临界高度的一部分甚至全部隐藏在下部，避免来自下部的涡流，从而减少夹渣，改善钢水。产量的双重目的。如图9所示。图9 多级中间包示意图4.3.3流量控制装置对流场的影响中间包内设置流量控制装置的目的是为了改善原中间包内钢水的流动，使中间包内的钢水尽可能按照我们需要的方式流动，最终达到我们期望的中间包中的冶金。图10 。随着中间包冶金技术的不断进步，各种流量控制装置相继开发出来。最初使用挡土墙和水坝，后来发展成多孔挡板、多孔过

60、滤器和开槽坝、冲击杯和湍流抑制器。它们单独或组合使用会对中间包流场带来不同的影响。正确安装流量控制装置会延长钢水在中间包内的停留时间，促进夹杂物上浮，使中间包温度均匀。上挡墙、下挡墙、导流板、过滤器和湍流控制器，与它们结合使用，是现代中间包中使用的流量控制装置。图10 中间包流量控制装置示意图1 .上、下挡土墙挡土墙和水坝经常结合使用。挡土墙在很大程度上起到了控制湍流区的作用，它将冲击区和浇注区分隔开来，形成一个相对独立的浇注区和浇注区。挡土墙安装在中间包上部，钢水从中间包下部流出。对于所有宽度的中间包，仅不同尺寸的挡渣墙就会产生短路流动。加挡坝后，钢水被向上推，钢水从坝上部流出，可以消除短路