【新刊速览】谢旭琦：双流板坯中间包加高提升钢液洁净度的数理模拟

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双流板坯中间包加高提升钢液洁净度的数理模拟

谢旭琦 1，方庆 1,2，王家辉 1，张利超 1，李米佳 1，张华 1

(1. 武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室， 湖北 武汉 430081； 2. 湖南华菱湘潭钢铁有限公司， 湖南 湘潭 411101)

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摘 要

连铸过程逐渐向大断面高拉速方向发展，中间包容量成为制约生产效率和铸坯质量的关键因素。以某厂双流板坯中间包为对象，通过数理模拟分析不同加高高度下的流场、停留时间分布（Residence Time Distribution, RTD）曲线及夹杂物去除率。结果表明，随着中间包包壁加高和容量相应增大，钢液平均停留时间延长，中间包净化钢液的能力也相应提高。当挡墙随中间包抬高200 mm时，相比于原型和其他加高扩容方案，中间包内钢液平均停留时间延长12.1~153.6 s，死区体积分数减小0.31~2.53个百分点，冲击区自由液面平均速度减小6.7%~15.6%，中间包内钢液额外温降不明显，夹杂物总去除率提高1.63个百分点。此外，中间包加高200 mm时，拉速由1.35 m/min提高到1.50 m/min，使钢液平均停留时间由743.7 s降至677.9 s，仍比原型低拉速时高88.0 s，且死区体积分数降低了2.18个百分点，体现了扩容中间包在高拉速连铸中的优势。本研究可为钢铁企业进行中间包加高扩容及高拉速浇注工业计划的实施提供理论指导。

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关 键 词

中间包； 扩容； 数值模拟； 夹杂物去除； RTD曲线

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引 言

中间包是连铸的重要中间环节，有减压、分流、净化、保护及保温等冶金功能。然而在实际生产过程中，由于生产节奏加快、品种升级及断面增大等高效连铸技术的发展，原中间包容量较小不能充分发挥其净化钢液的作用，甚至影响生产的顺利进行，因此需要对中间包进行扩容和升级。

SAEKI T研究表明，中间包容量从40 t扩大至65 t，换包期间铸坯缺陷率明显降低。吴永生等对武钢二炼钢厂中间包再次扩容后，钢水平均停留时间明显增加，小颗粒夹杂物去除率提高，但扩容后中间包死区体积增加，需进一步改进。张利君等利用FLUENT软件对扩容后的某厂单流板坯中间包的控流装置进行优化，将原29 t的中间包容量扩容至38 t，研究发现采用优化后的扩容中间包夹杂物合格率由85%提高至95%。凌海涛针对中间包停留时间短、死区体积分数大等缺点，通过对宽面方向拉伸将中间包扩容10 t，使死区体积显著降低，夹杂物去除率提高。然而，上述扩容方法使新旧中间包形状差别较大，面临着改造困难的问题且成本问题也较为明显。王智文等通过对中间包外壳、永久层和工作层进行重新制作来实现中间包扩容，使得钢液洁净度明显增加，钢液温降减小，且减少了拉速变化较大引起的卷渣问题。崔征对小型真空感应炉中间包扩容后，发现流场和压力场没有明显改善，死区体积增加。两者虽未对中间包外形进行大幅度改动，但通过增加内腔体积进行扩容的增量有限，易引起中间包寿命的降低，且不利于钢液的保温。