双辊薄带水口选型的水模拟实验研究

郭 鹏

(安阳钢铁股份有限公司 河南安阳455004)

双辊薄带水口选型的水模拟实验研究

郭 鹏①

(安阳钢铁股份有限公司 河南安阳455004)

针对某钢厂双辊薄带表面缺陷进行了两种水口选型的液面波动水模拟实验研究，结果表明，所实验的两种水口中，改进后的Ⅰ型水口相对较好。在其他条件相同时，Ⅰ型水口的混合情况最好、波动幅度总体较小，弯月面较为稳定。实践证明，薄带表面缺陷发生率由18.65%降低到了目前的5.52%，缺陷率大幅降低，满足了客户更高层次的需求。

双辊薄带 水口选型 水模拟实验

1 前言

双辊薄带连铸熔池布流的合理与否直接影响薄带产品的质量和浇注工艺的顺行。熔池布流系统的好坏主要表现在液面波动情况和上部分流体混合情况等。液面波动过大会使薄带产生纵向裂纹；液面过于平静，容易造成结壳[1-4]。熔池上部分流体混合良好有利于及时更新液面和熔池成分及温度的均匀。

针对某钢厂某特殊断面的双辊薄带连铸机熔池布流问题结合相似原理进行水模实验。主要通过对熔池液面波动情况定量的测定评估了2种结构尺寸的水口选型(Ⅰ型与Ⅱ型)，提出了符合工况条件下熔池布流的水口结构尺寸，项目实施后产品表面质量得以大幅提高。

2 实验装置与实验方法

2.1 实验模型装置

首先根据相似原理确定相似比为2.2∶1进行动态模型制作。双辊间距可在0～8mm范围内灵活调节，通过装置上部进水流量和双辊下部阀门调节控制流量和熔池高度，辊子转速可在0～160m/min范围内实现无级调速。

1)实验用传动装置示意图如图1所示。

2)实验模型装置示意图如图2所示。该装置由东北大学提供。

图1 实验用传动装置示意图

图2 实验装置示意图

2.2 液面波动测定方法

熔池液面波动的测定采用了此类水模拟实验普遍使用的DJ800多功能检测系统。该系统由电脑、多功能检测仪及多种相关传感器组成的数据采集与处理系统。它能够对多种物理量数据进行准同步采集，如水位、拉力、波高、点/面脉动压力、二维流速、三维总力、位移、温度、应变及模拟电压等。

本实验仅用到“波高”采集系统，精度达0.1mm，自动采集保存，每次实验重复3次。

2.3 液面波动测点选取

结合实验特性与要解决的问题，实验中选取了3个波高测定点，分别是：

1)1#测定点在侧封板附近，用于反映侧封板附近的流场状态；

2)2#测定点处于侧封板和水口几何中心处，用于反映熔池流场状态；

3)3#测定点处于辊子边缘，用于反映弯月面流场状态。

3 实验参数

3.1 水口模型结构尺寸

结合该钢厂提出的薄带表面质量问题实际，通过与耐材厂家沟通，选定如下2种结构的水口形式(如图3)，根据2.2∶1的相似比可以确定实验模型用水口的结构尺寸。

图3 水口模型结构尺寸

3.2 实验工艺参数确定

根据该钢厂提供的生产工艺参数，由相似比可计算出相应的试验工艺参数，主要涉及接触角、液面深度/宽度、厚度、拉速及相应模型转速、流量计插入深度(水口出口中心到液面的垂直距离)等。这里需要说明的是，流量的计算忽略了凝固的体积变化。

3.3 实验设计

根据薄带厚度与辊速间的对应关系，确定了3种流量，2种插入深度，考虑到相应的工况实际，共设计了9次实验来评估水口选型，具体试验设计见表1。

表1 实验设计及相应实验代号

注：表中A、B表示正交实验设计两种水口类型的区分，无特殊意义。

4 液面波动情况实验结果与分析

1)由Ⅰ型水口实验结果可知，在3个测点中弯月面处的波数最少，在侧封板处的波数最多。图4为Ⅰ型水口各测定点的液面波动状况。

图4 Ⅰ型水口液面波动情况(注:转速：30r/min，流量：0.36m3/h，插入深度：41mm)

图5 Ⅱ型水口液面波动情况(注:转速：30r/min，流量：0.36m3/h，插入深度：41mm)

图6 Ⅱ型水口液面波动情况(注:转速：25r/min，流量：0.44m3/h，插入深度：41mm)

2)Ⅱ型水口的实验结果表明其液面波动较大，可由不同条件下的图5和图6得以证明。

图5中，波动较大的是熔池中间的液面状况，波动稍小的是侧封板附近。模型熔池中间的液面波动大于侧封板附近的波动可能是由于Ⅱ型水口的三孔结构造成的。

图6中，中间波动较大的是侧封板附近，最下边波动最小的是弯月面处。模型熔池中间的液面波动小于侧封板附近的波动符合常规，流量增大是主要原因。

综上可以看出，单从液面波动情况来讲，实验中所采用的2种型号水口，相对而言，Ⅰ型水口在弯月面附近的波动较小，且熔池中的波动符合浇注需要，故Ⅰ型水口最佳。但是，Ⅰ型水口波动幅度有时有些偏大，会对侧封板造成严重冲刷，进而造成薄带边缘缺陷。

因此，在Ⅰ型水口的基础上对其侧孔面积和左右偏角稍作了调整。进一步的实验结果表明，调整后得到的新水口结构尺寸，不但满足了弯月面稳定，熔池混合良好，而且达到了熔池中间波动适度、对侧封板冲刷较弱的冶金需求。

5 结论

1)水模拟实验结果表明，两种水口选型中，改进后的Ⅰ型水口相对较好。在其他条件相同时，Ⅰ型水口的混合情况最好、波动幅度总体较小，弯月面较为稳定。

2)改进后的生产实践表明，薄带表面缺陷发生率由18.65%降低到了目前的5.52%，缺陷率大幅降低，满足了客户更高层次的需求。

[1]薛培忠，倪思康.双辊薄带坯连铸设备与工艺研究[J].上海钢研,1997(1)：21-29.

[2]王贺利，闫欣，雷作胜等.双辊薄带钢连铸侧封技术研究[J].炼钢,2007，Vol.23(2)：54.

[3]J.P.Hwang，H.J.Lin，W.S.Hwang，C.T.Hu.倾斜双辊薄带连铸中表面质量与流动特性的关系[J].上海钢研,1998(3)：67-75.

[4]赵红阳，胡林，李娜.双辊薄带铸轧技术的进展及热点问题评述[J].鞍钢技术，2007(6)：1-2.

WaterSimulationTestontheNozzleSelectionfortheTwin-RollStrip

Guo Peng

(Anyang Iron and Steel Group Co., Ltd., Anyang 455004)

According to the surface defects of the twin-roll strip in a certain steel mill, water simulation test about the level fluctuations of the two nozzle selection had been conducted. The results showed that the improvedⅠmodel nozzle was better relatively between the two nozzles. In the other condition same situation, the improvedⅠmodel nozzle had the best mixed effect, smaller volatility, relatively stable meniscus. Meanwhile, the practice showed that incidence of the twin-roll strip surface defects reduced from 18.65% to 5.52% now, meet the needs of the customers a higher level.

Twin-roll strip Nozzle selection Water simulation test

郭鹏，男，1978年出生，毕业于郑州轻工业学院机械工程及自动化专业，工程师，长期从事冶金设备管理工作

TF777.7

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.010

2014-06-12)