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许多研究者注重浸入式水口材质的研究和改进。上世纪60 年代到70 年代中期,主要以熔融石英质浸入式水口为主[1]。由于熔融石英质浸入式水口对锰含量高的钢种耐蚀性极差,而后又由于炼钢技术的发展,要求进行多炉连铸,生产洁净钢,并要求提高水口的耐蚀性,因此开发出了铝碳质水口。铝碳质水口在使用寿命上比熔融石英质水口提高了超过1 倍,但一个新问题是浇铸铝镇静钢时,在钢液中形成Al2O3夹杂物易在水口内壁上沉积,进而堵塞水口; 随着拉坯速度的提高,保护渣粘度的降低,水口渣线部位受到侵蚀非常严重形成“缩颈现象”甚至断裂。为了提高渣线部位的耐蚀性,出现了铝锆碳质水口,即水口本体采用铝碳质,渣线部位采用锆碳质,大大提高了水口的使用寿命。各类材质浸入式水口的优点、缺点及使用情况如表1 所示。
从反应式可以看出有Al2O3生成,Al2O3和水口紧密接触,沉积在水口耐火材料上面形成致密的纯Al2O3层。为达到稳定状态,悬浮在钢液中的Al2O3互相凝结成更大的颗粒,浇铸过程中吸附在水口内壁上,造成水口堵塞。
随着夹杂物在水口内壁上吸附,导致水口内径变小,致使单位时间内钢液流通量变小。为了保持恒定的钢液流通量,需要抬高塞棒增大钢液流通量,增大了操作复杂性,同时也影响了结晶器内流场和温度场的稳定性,以及坯壳厚度( 在拉坯速度恒定的情况下,水口钢液流量变小,导致坯壳厚度变薄,严重时甚至造成漏钢) 。
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对于采用滑动水口控流时减少钢液的出口偏流问题,目前尚无好的技术,国内外学者对水口内的流场进行了计算和优化,Najjar[15]计算了滑板开启50%时两侧出口的出流比例和出流角度情况; Kubo也对滑板开启和关闭过程中的流场变化进行了相关研究。张小伟[16]采用Fluent 流体计算软件,对浇铸水口内钢液流场进行模拟计算,以此探讨水口结构和滑板开启率等对滑板下部的液流回旋区域、水口两侧出流的角度差,以及水口出口的有效出流面积等影响关系。
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针对出口偏流问题,作者提出了一种双滑孔水口减少钢液出口偏流的新方法,该法滑动水口分上中下三部分,中间部分采用两块滑动板,中心部位开口直径与水口内径相同,可以同时同速率反向运动,将上水口砖及上滑板固定,连接于在中间包上,下部浸入式水口与下滑板固定,从而使钢液偏流大大降低,有利于优化结晶器流场。此外,通过优化水口出口来优化结晶器内钢液流场方面,主要是研究水口结构、水口出口角度以及出口尺寸等,由于仿真模拟软件发展逐渐成熟,大部分冶金学者通过数值模拟软件进行模拟优化以及运用水模型进行验证,取得了丰富的成果。
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