大方坯连铸中间包等离子加热技术与应用研究
发布时间：2021-03-24 13:28
浇铸过程中保持低过热度恒温浇铸,是一种有效提高连铸效率和铸坯质量的方法。中间包内钢液在浇铸过程中不可避免发生温降现象,无法稳定保持低过热度恒温浇铸。等离子加热作为一种控制中间包内钢液温度的有效方法,它通过电极通电将工质气体充分电离,形成高能量的电弧等离子体对中间包内钢液进行加热。因此,若能高效利用等离子加热方法,将有助于实现低过热度恒温浇铸。本论文围绕大方坯连铸中间包等离子加热技术研究与应用,获得如下结论:实现了等离子加热中间包过程的模拟研究,水力学试验利用高温水蒸气来模拟等离子加热过程。结果表明等离子加热后,中间包内钢液温度场均匀性提高,弥补了无等离子加热条件下的钢液温降,有效改善中间包内钢液的温度场和流场,促进了钢液之间的热量传递。数值模拟采用VOF模型,假设等离子弧为简单热源,比较无等离子加热和加热功率在300 KW、500 KW、1000 KW条件下中间包内钢液温度场和流场的变化。建立了 45钢连铸坯的微观组织生长模型,并通过耦合宏观温度场模型,计算了等离子加热条件下不同过热度对铸坯凝固组织的影响。分析了过热度从20℃增加至60℃范围内结晶器、足辊、二冷一段、二冷二段内的坯壳厚...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１连铸流程图??
炼钢液的任务。２０世纪８０年代初期，Ａ．ＭｃｌｅａｎＭ首次提出了“中间包冶金”的??概念，通过中间包冶金，可以防止钢水二次氧化和吸气、改善钢水流动状态、??防止卷渣和促进夹杂物上涪控制夹杂物形态和精确控制钢水的过热度。所??以，中间包冶金己经发展成为一种保证铸坯质量和连铸工艺稳定的经济而有??效的冶金技术。??１０?＿?邊??ｒ??１－消旋器；２－塞棒；３－浸入式水口；?４－透气条；５－挡坝；６－挡墙；??７－冲击槽；８－长水口；?９－工作层；１０－永久层；１１－中包渣面??图２－２中间包内部结构７Ｆ意图??２．２．１中间包冶金功能??中间包随着冶金技术发展从简单的过渡容器发展成为具有多功能的连续??精炼的反应器。中间包主要有以下几大冶金功能??（１）消除钢液再次污染的来源，即防止二次氧化、减轻耐火材料侵蚀、??减少渣的卷入以及渣中氧化物的危害；??（２）改善钢液流动条件，即防止短路流，改善钢液流动方向，减小流动??死区，延长钢液的停留时间，尽最大可能去除钢液中夹杂物；??（３）选择合适的包衬材料和覆盖剂，可减少热量损失且有利于夹杂物上??浮去除；??（４）控制好钢液温度，保持合适过热度，必要时增加加热措施；??（５）附加的冶金工艺，如合金成分微调、夹杂物形态控制等。??中间包作为炼钢生产流程中一个独立的二次精炼反应器［１２］，冶金工作者??先后对中间包包体结构改进、加设挡墙、坝、堰和湍流控制器等控流装置做??了大量的研宄分析工作，其主要目的就是为了改善中间包内钢液流动状况，??促进钢液中夹杂物尽可能上浮去除，以达到提高铸坯质量的目的。??－４?－??
?北京科技大学博士学位论文???中间包内钢液的流动、温度分布与夹杂物的运动路线，并对不同挡墙挡坝组??合方式、过滤器、拉速等工艺参数对中间包内钢液的实际平均停留时间和夹??杂物去除率的影响进行了着重研宂。研究发现，同样工况条件下未安装过滤??器时夹杂物上浮率为４３．６５?％，安装过滤器后夹杂物上浮率为５２．５９?％，上??浮率提高了?８．９４?％，夹杂物速度轨迹如图２－４所示。??壁面?ＷＨＷＶ??ａ）中间仅?ｂ）过滤器（ＹＯＺ面）??图２－３中间包装置图??絲触度錢??—－１．６５２＜－００－１?，?５９８０－００４??—１，２４０ｅ－＜ＫＭ?－｜?Ｉ９８ｃ－０（Ｍ??－４１５９ｅ－００５?￣??／?／?Ｂ－３?９９６Ｏ－００５?７／??一＾?Ｉ?．?ｖ?Ｉ?ａ．?ｔｃ??｜?ａＬ＿＾７１?＇Ｔｃｒａ，?ｒ?■｝？■．．￥?丨＾如?ｒ?ｘ??ｆｍ?－?５ａ－１］?ｌｍ?？?？Ａ－ＩＪ??ａ有过滤器情况?ｂ无过滤器情况??图２－４有无过滤器情况夹杂物轨迹对比??张利君，刘金刚等人［７｜］利用数值模拟方法对某钢厂扩容至３８?ｔ的板坯连??铸中间包控流装置进行优化研宄。实验着重研宄了挡墙和挡坝的数量及位置??对中间包内钢液的运动状态和滞留时间的影响，并综合中间包冶金效果和生??产成本进行分析，最＾为现场的实际生产提出了湍流抑制器＋挡墙＋挡坝组合??情况下的控流装置为最佳方案，使用该方案后中间包死区降低至４．２?％。??－１７?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中间包等离子加热工业试验[J]. 刘涛,赵梦静,杨树峰,李京社,陈永峰,王存. 中国冶金. 2020(10)
[2]超低碳汽车外板BH钢炼钢过程中夹杂物的演变[J]. 潘晓倩,杨健,职建军,王睿之,范正洁,徐龙云. 钢铁. 2019(08)
[3]中间罐等离子加热技术在青岛特钢的应用[J]. 蒋军,路海波,李勤勇,王斌,李永康. 连铸. 2018(02)
[4]中间包覆盖剂对430不锈钢钢水洁净度的影响[J]. 陈兴润,胡桓彰. 中国冶金. 2017(08)
[5]连铸中间包等离子加热技术综述[J]. 田建英,张雪良,李京社,王学柱,王存. 宽厚板. 2017(02)
[6]优化保护渣提高超低碳IF钢表面质量[J]. 罗衍昭,季晨曦,邓小旋,潘宏伟,曾智,崔阳. 钢铁. 2017(04)
[7]中间包等离子加热和电磁搅拌复合技术的开发与使用[J]. 钟云涛,潘汉玉,Emmanuel Abiona,杨洪良. 连铸. 2016(06)
[8]高拉速下单流中间包流场优化研究[J]. 张彩军,吕达,乔士宾,顾克井,肖鹏程. 钢铁钒钛. 2016(03)
[9]板坯连铸38t扩容中间包控流装置优化的数值模拟和应用[J]. 张利君,刘金刚,宁林新,解家英. 特殊钢. 2016(03)
[10]等离子中间罐加热技术在连铸过程中的应用[J]. 佐祥均,阎建武,罗利华,韩志伟. 钢铁技术. 2016(01)
硕士论文
[1]连铸中间包卷渣临界液位的研究[D]. 李新伟.东北大学 2011
[2]水平连铸中间包等离子加热器控制方法的研究[D]. 唐伟.南华大学 2011
[3]大方坯六流中间包控流装置优化的数值模拟研究[D]. 刘鲁宁.内蒙古科技大学 2009
[4]两流中间包结构优化及夹杂物去除数值模拟研究[D]. 李伟.武汉理工大学 2007
本文编号：3097810
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１连铸流程图??
炼钢液的任务。２０世纪８０年代初期，Ａ．ＭｃｌｅａｎＭ首次提出了“中间包冶金”的??概念，通过中间包冶金，可以防止钢水二次氧化和吸气、改善钢水流动状态、??防止卷渣和促进夹杂物上涪控制夹杂物形态和精确控制钢水的过热度。所??以，中间包冶金己经发展成为一种保证铸坯质量和连铸工艺稳定的经济而有??效的冶金技术。??１０?＿?邊??ｒ??１－消旋器；２－塞棒；３－浸入式水口；?４－透气条；５－挡坝；６－挡墙；??７－冲击槽；８－长水口；?９－工作层；１０－永久层；１１－中包渣面??图２－２中间包内部结构７Ｆ意图??２．２．１中间包冶金功能??中间包随着冶金技术发展从简单的过渡容器发展成为具有多功能的连续??精炼的反应器。中间包主要有以下几大冶金功能??（１）消除钢液再次污染的来源，即防止二次氧化、减轻耐火材料侵蚀、??减少渣的卷入以及渣中氧化物的危害；??（２）改善钢液流动条件，即防止短路流，改善钢液流动方向，减小流动??死区，延长钢液的停留时间，尽最大可能去除钢液中夹杂物；??（３）选择合适的包衬材料和覆盖剂，可减少热量损失且有利于夹杂物上??浮去除；??（４）控制好钢液温度，保持合适过热度，必要时增加加热措施；??（５）附加的冶金工艺，如合金成分微调、夹杂物形态控制等。??中间包作为炼钢生产流程中一个独立的二次精炼反应器［１２］，冶金工作者??先后对中间包包体结构改进、加设挡墙、坝、堰和湍流控制器等控流装置做??了大量的研宄分析工作，其主要目的就是为了改善中间包内钢液流动状况，??促进钢液中夹杂物尽可能上浮去除，以达到提高铸坯质量的目的。??－４?－??
?北京科技大学博士学位论文???中间包内钢液的流动、温度分布与夹杂物的运动路线，并对不同挡墙挡坝组??合方式、过滤器、拉速等工艺参数对中间包内钢液的实际平均停留时间和夹??杂物去除率的影响进行了着重研宂。研究发现，同样工况条件下未安装过滤??器时夹杂物上浮率为４３．６５?％，安装过滤器后夹杂物上浮率为５２．５９?％，上??浮率提高了?８．９４?％，夹杂物速度轨迹如图２－４所示。??壁面?ＷＨＷＶ??ａ）中间仅?ｂ）过滤器（ＹＯＺ面）??图２－３中间包装置图??絲触度錢??—－１．６５２＜－００－１?，?５９８０－００４??—１，２４０ｅ－＜ＫＭ?－｜?Ｉ９８ｃ－０（Ｍ??－４１５９ｅ－００５?￣??／?／?Ｂ－３?９９６Ｏ－００５?７／??一＾?Ｉ?．?ｖ?Ｉ?ａ．?ｔｃ??｜?ａＬ＿＾７１?＇Ｔｃｒａ，?ｒ?■｝？■．．￥?丨＾如?ｒ?ｘ??ｆｍ?－?５ａ－１］?ｌｍ?？?？Ａ－ＩＪ??ａ有过滤器情况?ｂ无过滤器情况??图２－４有无过滤器情况夹杂物轨迹对比??张利君，刘金刚等人［７｜］利用数值模拟方法对某钢厂扩容至３８?ｔ的板坯连??铸中间包控流装置进行优化研宄。实验着重研宄了挡墙和挡坝的数量及位置??对中间包内钢液的运动状态和滞留时间的影响，并综合中间包冶金效果和生??产成本进行分析，最＾为现场的实际生产提出了湍流抑制器＋挡墙＋挡坝组合??情况下的控流装置为最佳方案，使用该方案后中间包死区降低至４．２?％。??－１７?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中间包等离子加热工业试验[J]. 刘涛,赵梦静,杨树峰,李京社,陈永峰,王存. 中国冶金. 2020(10)
[2]超低碳汽车外板BH钢炼钢过程中夹杂物的演变[J]. 潘晓倩,杨健,职建军,王睿之,范正洁,徐龙云. 钢铁. 2019(08)
[3]中间罐等离子加热技术在青岛特钢的应用[J]. 蒋军,路海波,李勤勇,王斌,李永康. 连铸. 2018(02)
[4]中间包覆盖剂对430不锈钢钢水洁净度的影响[J]. 陈兴润,胡桓彰. 中国冶金. 2017(08)
[5]连铸中间包等离子加热技术综述[J]. 田建英,张雪良,李京社,王学柱,王存. 宽厚板. 2017(02)
[6]优化保护渣提高超低碳IF钢表面质量[J]. 罗衍昭,季晨曦,邓小旋,潘宏伟,曾智,崔阳. 钢铁. 2017(04)
[7]中间包等离子加热和电磁搅拌复合技术的开发与使用[J]. 钟云涛,潘汉玉,Emmanuel Abiona,杨洪良. 连铸. 2016(06)
[8]高拉速下单流中间包流场优化研究[J]. 张彩军,吕达,乔士宾,顾克井,肖鹏程. 钢铁钒钛. 2016(03)
[9]板坯连铸38t扩容中间包控流装置优化的数值模拟和应用[J]. 张利君,刘金刚,宁林新,解家英. 特殊钢. 2016(03)
[10]等离子中间罐加热技术在连铸过程中的应用[J]. 佐祥均,阎建武,罗利华,韩志伟. 钢铁技术. 2016(01)
硕士论文
[1]连铸中间包卷渣临界液位的研究[D]. 李新伟.东北大学 2011
[2]水平连铸中间包等离子加热器控制方法的研究[D]. 唐伟.南华大学 2011
[3]大方坯六流中间包控流装置优化的数值模拟研究[D]. 刘鲁宁.内蒙古科技大学 2009
[4]两流中间包结构优化及夹杂物去除数值模拟研究[D]. 李伟.武汉理工大学 2007
本文编号：3097810
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