旋流水口对大方坯结晶器内流场和钢渣界面 行为的影响

张建宇; 王杏娟; 朱立光; 宋元龙; 司旭林; 郑雪龙

doi:10.20057/j.1003-8620.2024-00216

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

旋流水口对大方坯结晶器内流场和钢渣界面行为的影响

冶炼与凝固 | 更新时间：2025-05-09

- 旋流水口对大方坯结晶器内流场和钢渣界面行为的影响
- The Influence of Swirl Nozzle on the Flow Field in the Bloom Mould and the Interface Behavior of Steel Slag
- 特殊钢 2025年46卷第2期页码：55-61
- 作者机构：
  
  1.华北理工大学冶金与能源学院，唐山 063210
  2.河北科技大学材料科学与工程学院，石家庄 063009
- 作者简介：
  
  张建宇（1999―），男，硕士；E-mail：zhuliguang@ncst.edu.cn
  王杏娟（1978―），女，博士，教授；E-mail：wxingjuan@ncst.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52374335);国家自然科学基金项目(51974133);河北省自然科学基金重点项目(E2022208019)
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2024-00216
  中图分类号： TF777.2
- 收稿：2024-09-04，
  
  纸质出版：2025-03-30
- 稿件说明：
移动端阅览
张建宇,王杏娟,朱立光等.旋流水口对大方坯结晶器内流场和钢渣界面行为的影响[J].特殊钢,2025,46(02):55-61.

Zhang Jianyu,Wang Xingjuan,Zhu Liguang,et al.The Influence of Swirl Nozzle on the Flow Field in the Bloom Mould and the Interface Behavior of Steel Slag[J].Special Steel,2025,46(02):55-61.
张建宇,王杏娟,朱立光等.旋流水口对大方坯结晶器内流场和钢渣界面行为的影响[J].特殊钢,2025,46(02):55-61. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00216.

Zhang Jianyu,Wang Xingjuan,Zhu Liguang,et al.The Influence of Swirl Nozzle on the Flow Field in the Bloom Mould and the Interface Behavior of Steel Slag[J].Special Steel,2025,46(02):55-61. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00216.

摘要

为了提升立式连铸40Mn2大方坯铸坯质量，提出了一种四分切向旋流水口，利用粒子图像测速技术，以某钢厂立式连铸断面尺寸410 mm×560 mm的大方坯结晶器为研究对象，研究不同拉速和水口浸入深度工况条件下的钢液流动和钢渣界面行为。结果表明，水口浸入深度为90 mm，拉速为0.25 m/min时钢渣界面保护渣流动性较差，拉速为0.35、0.45 m/min时会发生卷渣；水口浸入深度为100 mm，拉速为0.25 m/min时钢渣界面保护渣流动性较差，拉速为0.35 m/min时有利于夹杂物上浮，钢渣界面活跃且无卷渣现象发生，拉速0.45 m/min时会发生卷渣；水口的浸入深度为110 mm，拉速为0.25 m/min时钢渣界面保护渣流动性较差，拉速0.45 m/min时会发生卷渣，拉速为0.35 m/min时无卷渣现象发生，与同拉速、水口浸入深度为100 mm的工艺条件相比不利于夹杂物的上浮。结合生产实际可得，水口浸入深度100 mm，拉速0.35 m/min是立式连铸大方坯结晶器较适宜的操作参数。

Abstract

In order to improve the quality of vertical continuous casting 40Mn2 square bloom ， a four-quarter tangential swirl nozzle was proposed， using a Particle image velocimetry technique， the molten steel flow and slag interface behavior at different casting speeds and nozzle immersion depths were studied in a steel plant's bloom mold with 410 mm × 560 mm vertical continuous casting section. The results show that the fluidity of the mold powder at the interface of steel slag is poor when the depth of the nozzle is 90 mm and the casting speed is 0.25 m/min， and the slag entrapment occurs when the casting speed is 0.35 m/min and 0.45 m/min，When the immersion depth of the nozzle is 100 mm， the fluidity of the mold powder at the interface of steel slag is poor while the casting speed is 0.25 m/min， and at 0.35 m/min casting speed ， the inclusion will float upwards. The interface of steel slag is active and there is no slag entrapment， and slag entrapment will occur at 0.45 m/min casting speed . When the immersion depth of the nozzle is 110 mm， the fluidity of the mold powder at the interface of steel slag is poor while the casting speed is 0.25 m/min. When the casting speed is 0.45 m/min， the slag entrapment will occur. When the casting speed is 0.35 m/min， no slag entrapment will occur， compared with the same casting speed and 100 mm immersion depth of nozzle， it is unfavorable to the floating of inclusions. Combined with the actual production practice， the optimum operating parameters of the vertical continuous casting bloom mold are the depth of nozzle immersion 100 mm and casting speed 0.35 m/min.

关键词

Keywords

references

陈远清 . 连铸大圆坯宏观碳偏析的控制研究［D］. 北京：钢铁研究总院， 2019 .

SGRO A ， RINALDI M ， ACCARDO G . A New Benchmark in Special Steel Casting：New Twin-Strand Vertical Caster at Posco Specialty Steel，Korea： Proceedings of the 6 th International Congress on the Science and Technology of Steelmaking（Ⅰ）［C］. Beijing ： The Chinese Society for Metals ， 2015 ： 5 .

Zhang L W ， Wang Z L ， Xu C J ， et al . A vertical continuous casting machine for large blooms ［J］. Ironmaking & Steelmaking ， 2019 ， 46 （ 8 ）： 742 - 746 .

张连望 . 大规格合金钢圆坯立式连铸过程综合冶金行为研究［D］. 鞍山：辽宁科技大学， 2021 .

景志俊 . 特厚板坯结晶器内水口流场及温度场研究［D］. 秦皇岛：燕山大学， 2015 .

金业磊 . 圆坯结晶器水口优化的模拟研究［D］. 武汉：武汉科技大学， 2016 .

Odenthal H J ， Pfeifer H ， Lemanowicz I ， et al . Simulation of the submerged energy nozzle-mold water model system using laser-optical and computational fluid dynamics methods ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B ， 2002 ， 33 （ 2 ）： 163 - 172 .

Chen J ， Su Z J ， Li D G ， et al . Flow behavior in the slab mold under optimized swirling technology in submerged entry nozzle ［J］. ISIJ International ， 2018 ， 58 （ 7 ）： 1242 - 1249 .

石红燕，吴春雷，刘　利，等 . 电磁旋流水口对圆坯结晶器液面波动的控制［J］. 连铸， 2021 ， 46 （ 6 ）： 24 - 28 .

吴光辉，唐海燕，程鹏飞，等 . 浸入式水口结构对180 mm×240 mm断面连铸结晶器内钢液流动行为的影响［J］. 炼钢， 2017 ， 33 （ 4 ）： 31 - 38+45 .

张　静，马　靓，吴会平 . 水口结构对连铸中低碳钢流场和温度场的影响［J］. 钢铁， 2019 ， 54 （ 8 ）： 116 - 123 .

张静，赵登飞，吴会平 . 结晶器电磁搅拌对连铸GCr15钢温度场分布的影响［C］// 中国金属学会 . 第十一届中国钢铁年会论文集——S 02 . 炼钢与连铸.燕山大学车辆与能源学院能源与动力工程系；，2017： 6 .

王超，张慧，马忠伟，等 . 圆坯结晶器水口优化的模拟研究［C］//钢铁研究总院，《钢铁研究学报》编辑部. 钢铁流程绿色制造与创新技术交流会论文集 . 钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心；钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验室；， 2018 ： 7 .

潘鹏，侯栋，戈文英，等 . 连铸坯凝固末端电磁搅拌位置及连铸工艺优化［J］. 连铸， 2022 ，（ 2 ）： 66 - 76+88 .

吴耀光，陈远清，仇圣桃，等 . 大圆坯连铸用新型旋流水口的数值模拟［J］. 钢铁钒钛， 2009 ， 30 （ 4 ）： 49 - 54 .

程晓文，付谦惠，戴方钦，等 . 旋流水口浇铸技术在大方坯连铸的应用研究［J］. 炼钢， 2015 ， 31 （ 5 ）： 32 - 37 .

张志霄，韩蕾蕾，李向龙，等 . 旋流水口对大圆坯结晶器内流动及夹杂物去除行为影响［J］. 连铸， 2023 ， 48 （ 4 ）： 48 - 54 .

孙海波，韩占光，钱宏智，等 . 注流方式对大方坯连铸结晶器内钢水流动与温度状态影响［J］. 北京科技大学学报， 2010 ， 32 （ 9 ）： 1131 - 1137 .

任　磊，张立峰，王强强，等 . 基于 PIV 技术的板坯连铸结晶器内钢水流动行为研究［J］. 工程科学学报， 2016 ， 38 （ 10 ）： 1393 - 1403 .

Jiang D B ， Peng X X ， Ren Y ， et al . Water modeling on slag entrainment in the slab continuous casting mold ［J］. Metallurgical Research & Technology ， 2022 ， 119 （ 6 ）： 601 .

Hakamura H ， Kohira S ， Kubota J ， et al . Technology for production of high quality slab at high speed casting ［C］// Steelmaking Conference Proceedings . 1992 ， 75 ： 409 - 415 .

Teshima T ， Osame M ， Okimoto K ， et al . Improvement of surface property of steel at high casting speed ［J］. Iron and Steel Society ， Inc.， Continuous Casting.， 1992 ： 115 - 122 .

Kubota J ， Okimoto K ， Suzuki M ， et al . Mechanism of level fluctuation and mold powder catching in slab continuous casting at high speeds ［C］//IISC. The Sixth International Iron and Steel Congress . 1990 ， 3 ： 356 - 363 .

杨文轩，王　勇，高锦国，等 . 1500 mm×230 mm板坯结晶器液面波动与卷渣行为水力学模型试验和应用［J］. 特殊钢， 2022 ， 43 （ 2 ）： 21 - 26 .

胡　群，张　硕，王　璞，等 . 大方坯结晶器内液面波动与卷渣行为［J］. 中国冶金， 2020 ， 30 （ 6 ）： 63 - 70 .

Yuan Q ， Vanka S P ， Thomas B G ， et al . Computational and experimental study of turbulent flow in a 0.4-scale water model of a continuous steel caster ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B ， 2004 ， 35 （ 5 ）： 967 - 982 .

程鹏飞，唐海燕，吴光辉，等 . 方坯连铸结晶器内表面流速与卷渣行为模拟［J］. 连铸， 2017 ， 42 （ 2 ）： 1 - 6 .

倪升起，彭世恒 . 电磁制动条件下板坯结晶器内钢液冶金行为的数值模拟［J］. 钢铁钒钛， 2011 ， 32 （ 4 ）： 36 - 41 .

张青学 . 吹氩板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为的物理模拟［D］. 沈阳：东北大学， 2008 .

贺美乐 . 大方坯结晶器流场与温度场数理模拟的研究［D］. 沈阳：东北大学， 2016 .

刘鹏，郑万，王君驰，等薄板坯连铸漏斗形结晶器内卷渣行为物理模拟［J］. 中国冶金， 2023 ， 33 （ 2 ）： 80 - 88 .

浏览量

下载量

CSCD

CNKI被引量

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

130 t钢包底吹氩工艺数值模拟

中间包等离子体加热技术研究进展及应用

合金钢连铸中间包流场的数值模拟和应用

CAS喷粉精炼熔池混合行为的水模型试验

水口浸入深度对结晶器内钢液流场与温度场的影响