连铸结晶器内液面波动研究

结晶器

第28卷第2期　

2010年3月　　

物理测试

PhysicsExaminationandTesting

　Vol.28,No.2

Mar.2010

连铸结晶器内液面波动研究

张　宁1,　雷　洪2

(1.鞍钢股份公司技术中心,辽宁鞍山114009;2.东北大学,辽宁沈阳110004)

摘　要:根据相似理论,建立物理模型来测量结晶器内液面波动及渣金界面发生卷渣时的临界拉速。通过傅立叶变换和谱分析理论,分析结晶器液面波动对卷渣的影响,确定对卷渣产生主要影响的波动频率范围。关键词:卷渣;结晶器;物理模拟;液面波动;连铸

中图分类号:TF341.6　　文献标志码:A　　文章编号:100120777(2010)0220028204

SurfaceDisturbanceinContinuousCastingMold

ZHANGNing1,　LEIHong2

(1.AnsteelTechnologyCenter,Anshan114009,Liaoning,

Shenyang110004,,ChinaAbstract:Ahydrodynamicmodelisbuilttostudybasedonthesimilaritytheo2ry,thenFouriertransformationintroducedtostudytheeffectofinterfacialfluctuationrulestospecifically.

Keywords:;model;surfacedisturbance;continuouscasting

　　,结晶器液面波动加剧,由液

面波动引起卷渣的几率也增加,在超低碳钢生产中超过60%的缺陷是由卷渣引起的,由液面波动引起的卷渣而导致的铸坯缺陷已成为影响铸坯质量的重要因素。

物理模拟在连铸过程的模拟研究中占有非常重要的地位。它可以克服由于冶金过程的复杂性和高温及测试手段的限制而难以对反应器内传输过程进行研究的状况,而且消耗低,更重要的是可以验证和完善数学模型的结果,从而为反应器内传输过程的准确数学模拟和优化提供保障。前人的文献中,研究了结晶器卷渣发生的主要位置以及卷渣的主要方式,但没有给出具体的频率范围。文章利用相似理论建立了结晶器的物理模型,通过傅立叶变换理论和谱分析理论研究发生卷渣的主要位置和主要的频率范围,从而研究结晶器自由表面的波动情况及如何控制液面波动,对于获得良好的铸坯质量、提高连铸生产效率以及生产洁净钢均具有重要的意义。

或两个决定性准数相等即可达到要求。结晶器内钢液的流动主要是受惯性力和重力的影响,因此保证模型与原型弗鲁德准数(Fr)的相等,就能保证两者的动力相似。

Fr=

gL

2

(1)

式中:g为重力加速度;L为特征尺寸;U为特征速度。

在确定水模型中水流量和气体流量的同时,还必须确定渣界面的相似条件。通过量纲分析可知,为了模拟渣和钢水的流动情况,模拟所用的介质应满足以下条件:

υ(2)slag/υsteel=υ2/υ1式中:下标1、2分别代表模拟钢水和保护渣所采用

的介质。保护渣的黏度和密度取决于保护渣的成分和温度。油和水及原型中钢、渣的物性参数如表1所示。

表1给出了实验所用油的物性参数。可以看出,水的运动粘度与钢液的运动粘度大致相当,约为1×10-6m2/s,煤油、液体石蜡和真空泵油的运动粘度在保护渣的运动粘度变化范围之内,而且油和水的运动粘度之比满足(2)式,因此,通过研究煤油、液体石蜡和真空泵油在油水界面的行为来研究实际生产过程中的渣金卷混现象是切实可行的。

1　物理模型的建立

根据相似原理的基本原则,为保证模型实验的结果能够模拟原型中的现象,必须保证模型和原型具有一样的相似准数,且数值相等,一般都采用一个

),男,硕士,助理工程师;　　E2mail:neilzhangs2005@http://;　　作者简介:张　宁(1979—收稿日期:2009211216

结晶器

第2期张　宁等:连铸结晶器内液面波动研究表1　油和水及钢、渣的的物性参数

Table1　Physicalparametersofoil,water,liquidsteelandslag

密度ρ/kg m-3

820913866.810002500～2900

7020

29

序号

123456

液相煤油

液体石蜡真空泵油水渣钢液

动力粘度μ/Pa S1.7×10-334×10-3219×10-31×10-3

20×10-3～800×10-3

6.7×10-3

运动粘度

s-2

1

2.07×10-637.2×10-6247×10-61×10-6

8×10-3～296.3×10-6

0.95×10-6

　　文章是以某钢厂大板坯连铸结晶器为原型。其

长度为900mm,宽度在800～1600mm范围内可自动调节。实验主要考察铸坯断面面积为1300mm

×230mm的情况。

结晶器模型与原型的几何尺寸如表2所示。

表2　Table2　Geometricparameters:

1模型

结晶器断面尺寸

92mm×620mm

:

140～200mm

水口插入深度:

56～80mm

结晶器长度:

900mm

结晶器长度:

1300mm

水口侧孔形状:矩形

模型浸入式水口结构

水口侧孔面积:60mm×80mm

水口侧孔倾角:15°中孔直径:65mm

模型渣层厚度

原型与模型相似比

8mm0.4

　　液面波动采用了中国水利水电科学院研制的DJ800型多功能水工程检测系统对液面波动进行了测定,波高仪测得的数据由计算机进行采集和记录。

在保证结晶器模型内水口两侧流动对称的前提下,在结晶器一侧选取4个液面波动的测点位置:1号测点距浸入式水口侧壁10mm;4号测点距结晶器模型窄面10mm;2、3号测点为1、4号测点间距离的三等分点。

在采集数据时波的计算方法为:在每个测点的取值范围内,计算卷渣发生时的波形,水面上下波动时,相邻两次由下而上地跨越平均水位,为1个波,波峰在前,波谷在后。

(i+0.5),i=0,1,2,…,2n的函2n+1

数值,求傅立叶(Fourier)级数,

xi=

f(x)= …… 此处隐藏：4379字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……