中薄板坯結(jié)晶器連鑄工藝參數(shù)優(yōu)化研究

趙明寬

摘要：伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，借助新技術(shù)對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)項目予以分析具有一定的實效性意義。本文將中薄板坯結(jié)晶器作為討論依據(jù)，尤其是對其運(yùn)行過程中出現(xiàn)的卷渣問題進(jìn)行處理，結(jié)合Fluent軟件，充分模擬運(yùn)行場景，從而判定中薄板坯結(jié)晶器連鑄工藝參數(shù)的優(yōu)化機(jī)制，旨在為研究部門評估驗證提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：中薄板坯結(jié)晶器；連鑄工藝；數(shù)值模擬

對于中薄板坯結(jié)晶器而言，其內(nèi)部運(yùn)行的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)要從出口流出，然后直接作用在結(jié)晶器的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)上，由于受到阻擋，其自動形成上升徑流和下降徑流，建構(gòu)回旋流結(jié)構(gòu)。需要注意的是，上回旋流能形成表面流動以及液面流動，而下回旋流形成鋼液熱區(qū)的下移過程。因此，要維護(hù)整體運(yùn)行效率，只有系統(tǒng)化確定連鑄工藝參數(shù)，才能在保護(hù)渣覆蓋效果的同時，完善液面熱交換水平。

1整合數(shù)學(xué)模型

在對整體中薄板坯結(jié)晶器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的過程中，要結(jié)合實際情況建立基本的假設(shè)結(jié)構(gòu)，從而有效建構(gòu)數(shù)學(xué)研究模型。值得一提的是，若是要建立數(shù)學(xué)模型展開分析，則要盡量忽略中薄板坯結(jié)晶器倒錐度對其產(chǎn)生的影響，并且在鋼液流動時，設(shè)定其是不可壓縮的穩(wěn)態(tài)流動狀，將鋼液物性參數(shù)假設(shè)為常數(shù)。為了全面優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的實效性，也要忽略密度變化后出現(xiàn)的流場變化，并且假設(shè)中薄板坯結(jié)晶器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)不在分析范圍內(nèi)。只有減少對渣流動作用的分析，才能避免凝固坯殼對整個分析過程產(chǎn)生的影響[1]。因此，在忽略掉一些因素后，能對中薄板坯結(jié)晶器運(yùn)行過程中的其他要素進(jìn)行分析。

第一，控制方程的建立，主要是對三維穩(wěn)態(tài)問題進(jìn)行的數(shù)學(xué)分析，需要滿足連續(xù)性方程（ρui）[]xi=0以及動量方程（ρuiuj）[]xi=-P[]xi+[]xiμeffui[]xi+uj[]xi+ρgi。

第二，控制邊界條件，在對相關(guān)問題進(jìn)行系統(tǒng)化分析后，結(jié)合實際情況，有效設(shè)定中薄板坯結(jié)晶器的邊界條件。一方面，要對入口邊界進(jìn)行設(shè)定，主要是采取速度入口，位置定義在結(jié)晶液面處，能保證侵入式截面處理效果。并且，要設(shè)定橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的速度均為0，而z坐標(biāo)的速度取決于入口位置和出口位置的質(zhì)量守恒定律。另一方面，要對中薄板坯結(jié)晶器的壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)定，要保證垂直于中薄板坯結(jié)晶器壁的速度參數(shù)為0，而和中薄板坯結(jié)晶器壁平行的速度分量則要結(jié)合滑移邊界進(jìn)行分析，設(shè)定接近中薄板坯結(jié)晶器節(jié)點位置的函數(shù)表示其實際分量。除此之外，也要對出口邊界條件進(jìn)行設(shè)定和分析，將所有變量參數(shù)的垂直梯度結(jié)構(gòu)設(shè)置成0。

第三，要結(jié)合實際參數(shù)建構(gòu)基礎(chǔ)性模型，在本文提到的中薄板坯結(jié)晶器結(jié)構(gòu)分析中發(fā)現(xiàn)，其水口的地面是凸面結(jié)構(gòu)，具體的出口傾角設(shè)定為15度。若是將中薄板坯結(jié)晶器侵入式水口結(jié)構(gòu)以及鋼液面水平結(jié)構(gòu)作為截面中心點，則要對坐標(biāo)原點等項目展開深度分析和研究，水口結(jié)構(gòu)的寬面方向會被設(shè)定為橫軸，窄面方向則設(shè)定為縱軸，將z軸和長度方向匹配[2]。

2完善數(shù)據(jù)分析

本文集合中薄板坯結(jié)晶器的連鑄工藝，對參數(shù)進(jìn)行研究，整合系統(tǒng)化數(shù)學(xué)模型后，將水口冶金特征作為切入點，設(shè)定水口的上出口傾角為15度，則建構(gòu)相應(yīng)的操作體系，在對比分析的過程中完善中薄板坯結(jié)晶器連鑄工藝參數(shù)的優(yōu)化水平。需要注意的是，要集中關(guān)注拉速的合理性，結(jié)合中薄板坯結(jié)晶器連鑄需求，對拉坯速度予以分析，主要是維持在每分鐘1米到每分鐘1.5米之間，有效改良模擬計算中的拉坯速率，集中分析每分鐘1.1米、每分鐘1.3米以及每分鐘1.5米的內(nèi)流場結(jié)構(gòu)以及溫度場結(jié)構(gòu)，在對比分析三種不同情況的同時，一定程度上有效判定中薄板坯結(jié)晶器連鑄工藝中實際的運(yùn)行速度。

第一，不同拉速對于中薄板坯結(jié)晶器內(nèi)平均表面流速產(chǎn)生的影響。1）1.1m/min平均表面流速為0.06344m/s2）1.3m/min平均表面流速為0.07670m/s。3）1.5m/min平均表面流速為0.08252m/s。通過不同數(shù)據(jù)能對整體中薄板坯結(jié)晶器連鑄工藝進(jìn)行分析，結(jié)晶場內(nèi)分布較為相似，則表明一旦內(nèi)部形成湍流流動結(jié)構(gòu)，則中薄板坯結(jié)晶器連鑄工藝鋼液流動效率的影響因素中，拉坯速度的作用并不明顯[3]。

第二，不同的拉速對于中薄板坯結(jié)晶器連鑄工藝溫度的分布結(jié)構(gòu)有所影響，在拉坯速度提高后，整個中薄板坯結(jié)晶器內(nèi)部的平均液面也會相繼增長，這就使得流場的活躍性逐漸增強(qiáng)，真正完善了自由液面的高溫鋼液補(bǔ)充需求。

第三，插入深度以及侵入深度等都會對中薄板坯結(jié)晶器速度產(chǎn)生影響，前者在擾動減弱的情況下，會提升保護(hù)效果。后者在達(dá)到110毫米后，整體中薄板坯結(jié)晶器內(nèi)部溫度較高，能對回旋區(qū)的受壓作用產(chǎn)生制約，低溫面積擴(kuò)大的同時，就會對中心位置產(chǎn)生影響。在侵入深度達(dá)到170毫米后，整體中薄板坯結(jié)晶器內(nèi)部的流股強(qiáng)度會逐漸縮減，避免對自由液面產(chǎn)生影響，從根本上減少夾雜物以及氣泡排除的機(jī)會[4]。

3優(yōu)化結(jié)構(gòu)驗證

集合Fr準(zhǔn)數(shù)相似原則，從根本上分析拉速影響，拉速和表面流速成正比例，直接導(dǎo)致水口出口的射速都在顯著增加，中薄板坯結(jié)晶器連鑄工藝會出現(xiàn)卷渣問題，影響整體質(zhì)量。而侵入深度加深導(dǎo)致回旋渦流發(fā)展效果逐漸優(yōu)化，要將其實際情況控制在130毫米內(nèi)，完善速度矢量管理。

4結(jié)語

總而言之，要想提升中薄板坯結(jié)晶器連鑄工藝水平，要將拉坯速度控制在每分鐘1.3米，侵入深度為140毫米到170毫米之間，從根本上提高冶金的實際效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王新華.采用薄板坯連鑄生產(chǎn)高表面質(zhì)量冷軋鋼板的可行性分析[J].鋼鐵，2014，39（12）：1825.

[2]張富強(qiáng)，王軍，梁祥遠(yuǎn)，等.中薄板坯高拉速連鑄結(jié)晶器平均熱流研究[J].鋼鐵，2014，37（12）：1920，64.

[3]張慧，吳夜明，徐李軍，等.唐鋼新型薄板坯連鑄結(jié)晶器的設(shè)計和使用效果[J].鋼鐵，2013，42（05）：1924，50.

[4]李桂軍，魏軍，蔡開科，等.CSP連鑄薄板坯中非金屬夾雜物行為研究[J].鋼鐵，2016，41（07）：3740.