离心式中间包内流场的模拟研究

发布时间：2020-05-29 05:57

【摘要】：怎样获得高洁净钢一直是冶金工作者讨论的话题及奋斗目标,近些年为了满足市场需求,不断有新技术运用在炼钢生产过程中。中间包作为连铸前最后一道工序,在炼钢过程中占有至关重要的地位。中间包的流动形态不仅影响钢液成分及温度的均匀,而且也直接影响夹杂物能否漂浮致钢渣层去除。本文采用数值模拟的方法研究了外加静磁场下原型中间包内的流动形态及混合特性;同时,结合模型与原型1:4的比例采用水物理模型实验的方法研究了不同水口、不同底吹气下中间包内的流场结构;然后在水物理模型实验的验证下,采用数值模拟的方法对外加静磁场底吹气中间包内的流场进行了研究。论文主要的研究内容总结如下:1.采用数值模拟的方法对外加静磁场下原型中间包内的流场进行了研究。将k-ε、k-ω、RNG、SST四种湍流模型所得的数值结果与大涡模拟进行对比,发现RNG湍流模型的速度曲线更贴近平均化的大涡模拟,相对于其它三种湍流模型更适合中间包湍流的数值计算;在一定磁感应强度下翻越挡坝后的钢液将主要形成两股流,一股钢液将沿着自由液面流动,另一股将沿着中间包包底流动,在两股流中间会出现大片缓慢流动的区域。相对于无外加静磁场,其活塞区体积增大了10.6%,死区体积减少了9.3%。2.采用水物理模型实验的方法对模型与原型1:4比例不同水口、不同底吹气下中间包内的流动形态及混合特性进行了全面研究。研究结果表明:在数值模拟过程中采用RNG湍流模型对中间包内的流场进行模拟研究比较可靠;90°弯水口产生的水平环流对周围液体的扰动比较均匀,而45°弯水口的流动则偏向一侧,形成有一定倾斜的水平环流。同时,45°弯水口增大了中间包新注入钢液夹杂物与保护渣接触的机会,而且能延长夹杂物上浮的时间,促进夹杂物的去除;通过分析有无吹气情况下中间包内的流动混合特性发现,底吹气情况下中间包内的平均停留时间能延长10s,能减少3.5%左右的死区体积,提高2.8%左右的活塞区体积。3.在水物理模型实验的验证下,采用数值模拟的方法对外加静磁场下底吹气中间包内的流场结构进行了研究。研究结果表明:k-ω、SST两种湍流模型对中间包流场的预测要好于k-ε、RNG湍流模型。在前半部分(距离方向0.02~0.08m)k-ω湍流模型更贴近实测值,在后半部分(距离方向0.08~0.19 m)SST湍流模型更贴近实测值;中间包底吹气区域施加静磁场可以有效控制中间包的渣眼大小,在某种意义上,选择最优的底吹气方式,同时,在底吹气区域施加静磁场对中间包渣眼进行控制,对进一步提高钢液的质量提供了可能。
【图文】：

生产流程图,连铸工艺,生产流程图,中间包

全世界都在努力提高二次精炼和连铸过程中的工艺技术水平。整个连铸工艺的生产流程如图1.1 所示，，炉外精炼后的钢液通过回转台经中间包长水口进入中间包，在中间包内再次处理，合格的钢液再经过浸入式水口流入结晶器内，最后拉坯成材。早期中间包仅作为存储和分配设备来使用，不具备精炼功能，所以钢液出现问题时一般都不会考虑到中间包，一方面会从上游的精炼中寻求解决办法，一方面到下游的连铸找原因。中间包作为钢包与结晶器的衔接点，是整个生产流程中获得高质量连铸坯的关键一环，它对钢液的质量和连铸操作的顺利进行都有很大的影响。通常认为中间包的作用如下[12-15]：图 1.1 连铸工艺生产流程图Fig. 1.1 Flow chart of continuous casting process

过程图,尾流,夹杂物,气泡

包底吹氩气的示意图。但是，该方法还存在以下不足：①喷吹的覆盖渣吹开，致使钢液暴露而发生二次氧化；②气泡的膨胀湍动，从而造成卷渣；③气体喷吹时间过长会引起钢液温度下坯的质量。
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF341.6

【参考文献】