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连铸中间包水口堵塞的数值模拟

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连铸过程高熔点的固态夹杂物易在中间包水口内壁上黏附沉积，造成水口结瘤，甚至堵死水口，严重威胁连铸坯的质量和多炉连浇的效率。针对水口堵塞问题，国内外对水口堵塞机理和防止堵塞措施进行了大量研究，但目前所采取的措施都未能彻底解决堵塞，连铸过程水口结瘤堵塞的现象仍时有发生。某钢厂生产现场发现较高酸溶铝含量的钢种容易堵塞，水口一般小堵下面两个侧孔，若没有及时更换水口，随后便会堵中孔；换下的水口侧孔一般会堵掉三分之一的孔径，水口堵塞物主要为A12O3。
　　针对该钢厂实际堵塞问题，以该钢厂板坯连铸中间包水口为研究对象，数值模拟研究了中间包水口内的钢液流动与夹杂物沉积行为。模拟了不同颗粒粒径、颗粒浓度以及不同堵塞条件下的水口夹杂物沉积的情况。然后改变拉速、氩气流量，分析不同工艺条件对夹杂物沉积的影响，从而为现场控制水口堵塞提供理论指导。本研究的主要结论如下：
　　（1）壁面处相互接触的A12O3颗粒间的黏附力大于脱附力，在有钢液流动的情况下也不脱离。且在钢液高温条件下颗粒间会迅速发生固相烧结，形成比较稳定的A12O3集群。故A12O3夹杂物一旦传递到水口壁面相互接触，便容易在壁面持续附着，造成水口堵塞。
　　（2）夹杂物沉积主要发生在钢水冲击处、回旋区域以及发生流动分离的区域。在水口底部及出口，夹杂物颗粒更容易传递到水口壁面，水口底部及出口更易堵塞。且夹杂物颗粒浓度越大，夹杂物颗粒越易沉积。
　　（3）钢液与耐材反应形成的堵塞初始层，虽远达不到堵塞厚度，但会增大壁面的粗糙度，并作为附着基底，促进钢液中悬浮夹杂物颗粒的粘附堵塞。若水口底部及出口出现堵塞，会进一步促进夹杂物颗粒向水口壁面的传递和沉积，加剧堵塞。
　　（4）在其他条件保持不变的情况下，拉速增大会促进夹杂物颗粒在水口壁面上的沉积。
　　（5）氩气的吹入有利于提高水口内的压力，且氩气流量越大，压力越大；但仅塞棒吹氩时，氩气流量小于10L/min时，中间包上水口与浸入式水口连接处压力仍低于大气压值。
　　（6）小氩气流量可降低沉积速率，当氩气流量增大到10~15L/min时，沉积速率反而增大，虽然随着氩气流量的继续增大，沉积速率又开始减小，但过大的氩气流量会对结晶器液面、钢液流动状态及铸坯质量产生不利的影响。因此，实际生产中应综合考虑钢液流量、结晶器液面状况及防止夹杂物沉积等情况的变化来合理微调氩气流量。

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