连铸结晶器内渣膜水平传热模拟研究

论文摘要

结晶器内的传热对铸坯的质量起着至关重要的作用,保护渣作为结晶器内热量传递的一个必经通道,其传热性能是当今保护渣研究领域最热门的课题,也是保护渣最重要的功能之一。控制保护渣在结晶器内的传热,对连铸工艺的顺行和铸坯表面质量的改善都起到十分重要的作用。保护渣的传热过去一般通过测试其结晶性能、导温系数、热扩散系数及消光系数等来衡量保护渣传热能力的大小,不能定量和直接得到保护渣在结晶器中的渣膜热流。本文开发和提出了结晶器渣膜热流模拟仪装置及热流密度表征方法,该装置和方法用水冷传感器模拟结晶器,浸入1400℃液渣,通过采集进出水温差,程序计算后便可得到保护渣热流密度,所测热流密度包括了传导传热和辐射传热,反映了液渣、固态渣膜及Cu-渣界面整个传热过程,较为真实地模拟了实际结晶器中保护渣的传热行为。对工业渣进行实验室研究,从热流密度、晶体形貌、矿物组成、晶粒大小等方面比较,发现模拟和实际具有良好的对应关系。通过大量试验,得到了结晶器渣膜瞬时平均热流密度定量化公式,即q=a-bt1/2。此外,建立了常规板坯保护渣在不同拉速下的平均热流密度与工业结晶器综合热流密度之间的关系,使之与工业在线检测相对应。本文还对保护渣组分（碱度R、F-、Na2O、Al2O3、MgO、B2O3、Li2O及MnO）及物理性能（熔点、粘度、渣膜厚度及结晶率）对热流密度的影响进行了研究,得到了化学组分和物理性能对保护渣传热影响的规律及定量的关系式,对保护渣科学配渣传热指标提供了可靠的理论依据。最后,本文利用渣膜热流模拟装置和基础理论研究成果,针对宝钢宽厚板包晶钢现用保护渣控制传热不利而引起铸坯表面纵裂纹问题,进行现场调研、实验室优化和现场实验。实践表明,实验室优化保护渣有效解决了宝钢3#铸机宽厚板包晶钢表面纵裂缺陷。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 连铸结晶器保护渣概述
• 1.1.1 连铸结晶器保护渣的构成
• 1.1.2 保护渣在结晶器内的分布及功能
• 1.1.3 连铸结晶器保护渣性能对铸坯质量的影响
• 1.2 保护渣渣膜水平传热研究现状
• 1.2.1 国内外保护渣渣膜传热研究概述
• 1.2.2 国内外渣膜传热测试方法及评价
• 1.3 本课题研究内容及目标
• 2 结晶器渣膜热流模拟装置的建立
• 2.1 实验装置及原理
• 2.2 热流密度表征方法
• 2.2.1 测试曲线分析
• 2.2.2 现场渣实验室研究
• 2.2.3 测试误差分析
• 2.3 渣膜热流密度与工厂结晶器热流密度关系的建立
• 2.4 本章小结
• 3 保护渣化学成分及物理性能对其传热的影响
• 3.1 实验方法及方案
• 3.1.1 实验方法
• 3.1.2 实验方案
• 3.2 保护渣化学组分对热流密度的影响
• 2-Na₂O-CaF₂ 渣系传热性能研究'>3.2.1 CaO-SiO₂-Na₂O-CaF₂渣系传热性能研究
• 2-Na₂O-CaF₂-Al₂O₃ 渣系传热性能研究'>3.2.2 CaO-SiO₂-Na₂O-CaF₂-Al₂O₃渣系传热性能研究
• 2O₃、Li₂O、MnO）对传热的影响'>3.2.3 微量组分（MgO、B₂O₃、Li₂O、MnO）对传热的影响
• 3.3 保护渣熔点和粘度对热流密度的影响
• 3.3.1 熔点对热流密度的影响
• 3.3.2 粘度对热流密度的影响
• 3.4 本章小结
• 4 保护渣性能和组分与传热关系定量化的初步探讨
• 4.1 保护渣物理性能与热流密度的定量关系
• 4.2 物理性能与凝固系数的定量关系
• 4.3 化学组分与最大热流密度的定量关系
• 4.4 化学组分与凝固系数的定量关系
• 4.5 本章小结
• 5 基于渣膜热流模拟仪对宝钢宽厚板包晶钢保护渣的优化及应用
• 5.1 原用结晶器保护渣评价
• 5.1 1 原渣浇注过程中的裂纹分析
• 5.1.2 开浇渣评价
• 5.1.3 正常渣评价
• 5.2 宽厚板包晶钢结晶器保护渣实验研究
• 5.2.1 实验装置
• 5.2.2 实验方案
• 5.2.3 实验结果及讨论
• 5.3 宝钢3#铸机优化保护渣现场试验
• 5.3.1 现场试验方案的制定
• 5.3.2 现场试验结果及分析
• 5.3.3 纵裂纹统计对比结果
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录