大钢锭模铸吹氩工艺的物理数学模拟

发布时间：2020-04-09 13:15

【摘要】：本论文通过物理模拟和数学模拟,研究了模底吹氩工艺对铸锭浇注过程流场的影响。主要考察了单透气砖、双透气砖对称分布时,不同气体流量、不同吹气位置,对铸模浇注至不同液面高度时混匀时间的影响,并对最优方案下速度场、混匀时间及夹杂物上浮去除率进行了数学模拟。物理模拟实验是在相似比为1:3的铸模模型进行的。研究结果表明,钢锭模模型不吹气,模型内液体需要较长的时间混匀,且液面高度越高,所需时间越长;采用模底吹气时,液体混匀时间相比不吹气时明显变短。单透气砖布置时,距底注中心62mm吹气具有较好的搅拌效果,其在不同浇注高度所需混匀时间为25-46s;双透气砖对称布置时,距底注中心102mm吹气有较好的混匀效果,其在不同浇注高度所需混匀时间为18-46s。结合实验结果,建议在浇注高度低于300mm时,采用气量 0.025m3/h;在 300mm 以上时,采用 0.035m3/h 或 0.045m3/h。数学模拟中,结合物理模拟实验,对浇注初始时期模型内液体凸起高度、吹气与不吹气两种条件下混匀时间的数学模拟进行了验证。并通过数学模拟研究了实验室模型下不同气量对浇注至300mm液面高度时混匀时间和流场的影响及最优吹气方案条件下速度场。在钢锭模原型的数值模拟中,对不吹氩和最优吹氩条件下浇注过程进行了模拟,对比二者浇注至相同高度下速度场,结果表明,最优吹氩条件下比不吹氩的流场分布更均匀;同时,对此两种方案下夹杂物上浮去除进行了模拟,结果表明,模底吹氩有利于夹杂物的去除,在1500mm和2780mm高度下,相比不吹氩,不同直径夹杂物上浮去除率平均分别提高了 6.94%和3.97%。
【图文】：

钢锭模,原型,模型,几何尺寸

３．３．１实验装置逡逑本课题以某钢厂所生产大钢锭为实际原型，基于几何相似，实验室条件下采用几何逡逑相似比为１：３，使用透明的有机玻璃制作水力学模型。铸模水力学模型尺寸如图３．１所示。逡逑．逦４４０逦．｜逦丨邋＿逦３１７邋．丨逡逑ｆｌ逦ｆｌ邋ｆ逦＾逡逑Ｊｌ逦Ｌ邋＾逦ＩＩ逡逑Ｈ逦逦Ｌ逡逑Ｉ邋．逦５啦７逦￣￣Ｔ｜逦＿＿逦Ｌ邋３加邋Ｊ逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ邋Ｓ逦Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ逦１邋Ｉ逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑＾逦５６８逦ｐ￣＾￣－ｈ｜逡逑Ｔ＾逦ＭＦ逡逑图３．１钢锭模模型几何尺寸逡逑Ｆｉｇ．邋３．１邋Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｉｎｇｏｔ邋ｍｏｌｄ邋ｍｏｄｅｌ逡逑模型与原型主要物理参数见表３．２所示。逡逑表３．２铸锭原型和水力学模型的主要物理参数逡逑Ｔａｂｌｅ邋３．２邋Ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｉｎｇｏｔ邋ｍｏｌｄ邋ａｎｄ邋ｗａｔｅｒ邋ｍｏｄｅｌ逡逑＇邋参数（不含冒口）逦铸锭原型逦水力学模型（尺寸比１３）逡逑高度邋Ｈ／ｍｍ逦２６７５逦８１８逡逑头部短边逦９９０逦３３０逡逑头部长边逦１７６０逦５８７逡逑底部短边逦８１０逦２６１逡逑底部长边逦丨７丨０逦５６８逡逑底注入口内径逦６０逦２０逡逑逦液体密度邋ｋｇ／ｍ３逦７１００逦１０００逦逡逑水模实验装置如图３．２所示。本文所使用电导率仪为上海精密科学仪器有限公司生逡逑产的ＤＤＳ－１１Ｄ型电导率仪；电极型号为ＤＪＳ－１Ｃ型铂黑电极。电导率数据采集系统采用逡逑东北大学钢液冶金研究所制作的ＤＡ－０１型物理模拟实验数据采集仪

实验方案设计,透气砖,实验装置,示意图

在模型底部一侧布置单个透气砖，，考察不同透气砖位置，不同气量条件下对模型内逡逑液体浇注至不同高度时混匀时间的影响，单透气砖实验方案如表３．３所示。透气砖位置逡逑布置如图３．３所示。逡逑表３．３单透气砖吹气实验方案逡逑Ｔａｂｌｅ邋３．３邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｓｃｈｅｍｅ邋ｏｆ邋ｓｉｎｇｌｅ－ｓｉｄｅ邋ｇａｓ邋ｐｏｒｏｕｓ邋ｂｅａｍ邋ｂｌｏｗｉｎｇ逡逑实验条件逦气体流量ｍＶｈ逦铸模浇注至氋度ｍｍ逡逑中心距离Ｌ）ｍｍ逡逑单侧透气砖邋０．０２５、０．０３５、０．０５、０．０７逦６２、１０２、１４２、１８２逦１６０、３００、５００、７００、９６０逡逑－２１邋－逡逑
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF77

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