连铸结晶器内卷渣机理研究概述

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很多研究工作者都对连铸结晶器内卷渣行为进行了研究。大多数的工作都采用冷态的方法对这一现象进行模拟。Iguchi等提出了引起连铸结晶器内卷渣的5种原因：     (1)连铸结晶器窄面的回流。这一机理被认为是结晶器卷渣最普遍的原因。钢液注流从结晶器窄面处反弹，并且在渣钢界面间产生不稳定的剪切力。由于在钢渣界面产生较强的剪切力，结晶器保护渣渣膜破碎为乳化的液态渣满并被卷入到钢水中。     (2)不稳定的反射流股造成较大的剪切应力，其中Kelvin-Helmholtz不稳定性是保护渣卷入的主要原因。     (3)在浸入式水口的下方定期形成卡门涡流带。卡门涡流带由于浸入式水口出口处钢液流股分布不均匀，从而引起不均匀的弯月面流形成的。     (4)从浸入式水口出口到表面间的大的氩气泡。为了减少浸入式水口堵塞问题，而通过水口耐火材料吹入的氩气，会形成气柱并使钢渣界面间产生波动。这主要是由吹氩量过大引起的。氩气泡，穿过钢渣界面，拉动钢液使其高于熔池的正常高度，这部分钢液返回到正常位置时会产生造成卷渣的抽引力。     (5)浸入式水口出口流股分布不均匀，结晶器内保护渣沿着浸入式水口的外表面逐渐下降并被卷入到钢液流股中。     其他的研究工作者也得出了类似的机理，还有人对这些机理做了补充。     大多数卷渣机理的研究都是基于实验得出的。Feldbaur和Cramb采用硅油一水系统，并在浸入式水口吹氩来模拟连铸结晶器内的工况，他们发现在相对较低的拉速和较低的水口浸入深度条件下，在浸入式水口的附近的油层产生了一个向下的循环流。油层被拖曳到钢流中，并且油层中的小液滴也被卷入。这些液滴将跟随钢流的流动而运动，从而导致很多小液滴被卷入到结晶器深处。随着拉速和水口浸入深度的增加，在结晶器窄面处产生额外发展的流动，导致发生卷渣现象。油滴的初始直径大约有9 mm，但是经过反复卷入结晶器深处之后便破碎为很多小液滴。由于二冷区域弧形弯曲，如果钢液内的质点不能垂直达到钢液的表面，那么这些液滴将在铸坯内弧被捕获。这些细小的液滴主要在铸坯宽面的边部聚集，说明这些小液滴是引起铸坯表面缺陷的原因之一。这种类犁的液滴的乳化和卷入行为可以在浇注结晶器时观察到，也可以在迅速增加液面高度时观察到。     第三个机理是和过大的氩气流量相关。虽然较低的氩气流置可以抑制卷渣，但是使用过量的氩气将会增加卷渣。卷渣的临界氩气流量取决于流动控制系统。在使用塞棒的水模型实验中，临界流量稳定在1.9 L/min。这个值不受水流速率、水口尺寸和结晶器宽度的影响。相反，滑板系统的临界流量则随着上述参数的变化而变化。例如，给定长水口浸入深度为200 mm时，随着拉速的增加，氩气临界流量也增加。氩气流量的最大值为6L/min，远远高于塞棒系统。一般来说，在中等拉速下，滑板系统下的氩气流量值比塞棒系统下的变化范围要大得多。尽管如此，随着拉速的增加，临界流量减少到零并且卷渣的主要方式变为结晶器边部卷渣。     Feldbaur和Cramb报道了另外一个卷渣机理。这个机理和在较高通钢量下油．水界面产生的泡沫有关联。较高的通钢量将导致吹入的氩气泡分裂成较小的单元，并且冲击油，水界面形成泡沫混合物。这些泡沫的体积很容易在浸入式水口附近膨胀，这样这些泡沫破碎时形成的气体将包含油滴。这一机理可能适用于较宽的结晶器，并认为可能与笔形气泡(pencil pipe blister)缺陷的形成有关。