中薄板坯结晶器连铸工艺参数优化研究

赵明宽

摘要：伴随着科学技术的不断发展，借助新技术对传统结构项目予以分析具有一定的实效性意义。本文将中薄板坯结晶器作为讨论依据，尤其是对其运行过程中出现的卷渣问题进行处理，结合Fluent软件，充分模拟运行场景，从而判定中薄板坯结晶器连铸工艺参数的优化机制，旨在为研究部门评估验证提供依据。

关键词：中薄板坯结晶器；连铸工艺；数值模拟

对于中薄板坯结晶器而言，其内部运行的基本形态结构要从出口流出，然后直接作用在结晶器的内壁结构上，由于受到阻挡，其自动形成上升径流和下降径流，建构回旋流结构。需要注意的是，上回旋流能形成表面流动以及液面流动，而下回旋流形成钢液热区的下移过程。因此，要维护整体运行效率，只有系统化确定连铸工艺参数，才能在保护渣覆盖效果的同时，完善液面热交换水平。

1整合数学模型

在对整体中薄板坯结晶器结构进行分析的过程中，要结合实际情况建立基本的假设结构，从而有效建构数学研究模型。值得一提的是，若是要建立数学模型展开分析，则要尽量忽略中薄板坯结晶器倒锥度对其产生的影响，并且在钢液流动时，设定其是不可压缩的稳态流动状，将钢液物性参数假设为常数。为了全面优化数学模型的实效性，也要忽略密度变化后出现的流场变化，并且假设中薄板坯结晶器内化学反应不在分析范围内。只有减少对渣流动作用的分析，才能避免凝固坯壳对整个分析过程产生的影响[1]。因此，在忽略掉一些因素后，能对中薄板坯结晶器运行过程中的其他要素进行分析。

第一，控制方程的建立，主要是对三维稳态问题进行的数学分析，需要满足连续性方程（ρui）[]xi=0以及动量方程（ρuiuj）[]xi=-P[]xi+[]xiμeffui[]xi+uj[]xi+ρgi。

第二，控制边界条件，在对相关问题进行系统化分析后，结合实际情况，有效设定中薄板坯结晶器的边界条件。一方面，要对入口边界进行设定，主要是采取速度入口，位置定义在结晶液面处，能保证侵入式截面处理效果。并且，要设定横坐标和纵坐标的速度均为0，而z坐标的速度取决于入口位置和出口位置的质量守恒定律。另一方面，要对中薄板坯结晶器的壁结构进行设定，要保证垂直于中薄板坯结晶器壁的速度参数为0，而和中薄板坯结晶器壁平行的速度分量则要结合滑移边界进行分析，设定接近中薄板坯结晶器节点位置的函数表示其实际分量。除此之外，也要对出口边界条件进行设定和分析，将所有变量参数的垂直梯度结构设置成0。

第三，要结合实际参数建构基础性模型，在本文提到的中薄板坯结晶器结构分析中发现，其水口的地面是凸面结构，具体的出口倾角设定为15度。若是将中薄板坯结晶器侵入式水口结构以及钢液面水平结构作为截面中心点，则要对坐标原点等项目展开深度分析和研究，水口结构的宽面方向会被设定为横轴，窄面方向则设定为纵轴，将z轴和长度方向匹配[2]。

2完善数据分析

本文集合中薄板坯结晶器的连铸工艺，对参数进行研究，整合系统化数学模型后，将水口冶金特征作为切入点，设定水口的上出口倾角为15度，则建构相应的操作体系，在对比分析的过程中完善中薄板坯结晶器连铸工艺参数的优化水平。需要注意的是，要集中关注拉速的合理性，结合中薄板坯结晶器连铸需求，对拉坯速度予以分析，主要是维持在每分钟1米到每分钟1.5米之间，有效改良模拟计算中的拉坯速率，集中分析每分钟1.1米、每分钟1.3米以及每分钟1.5米的内流场结构以及温度场结构，在对比分析三种不同情况的同时，一定程度上有效判定中薄板坯结晶器连铸工艺中实际的运行速度。

第一，不同拉速对于中薄板坯结晶器内平均表面流速产生的影响。1）1.1m/min平均表面流速为0.06344m/s2）1.3m/min平均表面流速为0.07670m/s。3）1.5m/min平均表面流速为0.08252m/s。通过不同数据能对整体中薄板坯结晶器连铸工艺进行分析，结晶场内分布较为相似，则表明一旦内部形成湍流流动结构，则中薄板坯结晶器连铸工艺钢液流动效率的影响因素中，拉坯速度的作用并不明显[3]。

第二，不同的拉速对于中薄板坯结晶器连铸工艺温度的分布结构有所影响，在拉坯速度提高后，整个中薄板坯结晶器内部的平均液面也会相继增长，这就使得流场的活跃性逐渐增强，真正完善了自由液面的高温钢液补充需求。

第三，插入深度以及侵入深度等都会对中薄板坯结晶器速度产生影响，前者在扰动减弱的情况下，会提升保护效果。后者在达到110毫米后，整体中薄板坯结晶器内部温度较高，能对回旋区的受压作用产生制约，低温面积扩大的同时，就会对中心位置产生影响。在侵入深度达到170毫米后，整体中薄板坯结晶器内部的流股强度会逐渐缩减，避免对自由液面产生影响，从根本上减少夹杂物以及气泡排除的机会[4]。

3优化结构验证

集合Fr准数相似原则，从根本上分析拉速影响，拉速和表面流速成正比例，直接导致水口出口的射速都在显著增加，中薄板坯结晶器连铸工艺会出现卷渣问题，影响整体质量。而侵入深度加深导致回旋涡流发展效果逐渐优化，要将其实际情况控制在130毫米内，完善速度矢量管理。

4结语

总而言之，要想提升中薄板坯结晶器连铸工艺水平，要将拉坯速度控制在每分钟1.3米，侵入深度为140毫米到170毫米之间，从根本上提高冶金的实际效率。

參考文献：

[1]王新华.采用薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板的可行性分析[J].钢铁，2014，39（12）：1825.

[2]张富强，王军，梁祥远，等.中薄板坯高拉速连铸结晶器平均热流研究[J].钢铁，2014，37（12）：1920，64.

[3]张慧，吴夜明，徐李军，等.唐钢新型薄板坯连铸结晶器的设计和使用效果[J].钢铁，2013，42（05）：1924，50.

[4]李桂军，魏军，蔡开科，等.CSP连铸薄板坯中非金属夹杂物行为研究[J].钢铁，2016，41（07）：3740.