通道式感应加热中间包内夹杂物碰撞长大和去除行为

发布时间：2020-06-13 19:16

【摘要】：夹杂物的特征在钢材中扮演着重要的角色,很多工艺和理论都是以夹杂物为核心进行研究。电磁场的应用在连铸生产中起到了举足轻重的作用。本文以双通道式感应加热中间包为研究模型,对感应加热中间包进行了水模型实验,并且通过数值计算进行了结果的对比。通过有限元分析,探讨了中间包内磁感应强度、电磁力和焦耳热分布;将焦耳热和Lorentz力作为源项导入能量守恒方程和动量方程中,基于有限体积法,分析感应加热中间包的速度场和温度场;基于浓度扩散模型的思想,在夹杂物满足质量守恒和数量守恒的输运模型情况下,考虑了电磁力的影响,推导出在电磁场作用下夹杂物输运模型来研究夹杂物在中间包内的体积浓度、数量密度和特征半径,并且探讨有无感应加热、三个指标(自由液面渣层的吸附、壁面的吸附和通道的吸附)和有无对流机制物理条件下钢液中夹杂物的碰撞长大去除情况,研究结果表明:(1)水模型实验的温度场和流场在误差允许范围内和数值模拟的温度场和流场结果基本保持一致。(2)不同感应加热功率的比值等于磁感应强度平方比,即Pn/Pm =Bn2/Bm2;不同加热功率的比值等于电磁力之比,即Pn/Pm=Fn/Fm4;不同加热功率的比值等于焦耳热功率之比,即Pn/Pm=Bn2/Bm2。(3)无感应条件下,中间包出口温度下降了 8K,而有感应加热条件下中间包出口温度升高了 20K,可以看出感应加热很好地补偿了温降。(4)无感应条件下中间包浇注室钢液流动能促进夹杂物的上浮,但容易产生卷渣;有感应加热条件下,延长了浇注室内钢液流动路径,减弱了对包壁的冲击,更好地促进了夹杂物上浮去除。(5)无感应加热条件下夹杂物去除率为17.73%,有感应加热时条件下,夹杂物去除率为34.48%。(6)有感应加热条件下,自由液面渣层、通道和壁面对去除夹杂物的贡献依次为51.29%、21.84%、26.87%,可以看出自由液面渣层的贡献最大。(7)无对流机制物理条件下夹杂物的去除率为21.73%,有对流机制物理条件下夹杂物去除率为34.58%,说明对流机制对夹杂物的行为起到了重要的作用。
【图文】：

力与粘性力之比。为热膨胀系数，，１／Ｋ；邋Ａ７１为温度差，Ｋ。逡逑２．１．２多普勒测速原理逡逑本实验利用超声多普勒测速仪（ＵＤＶ）测量中间包内流体的流速，图２．１为瑞士逡逑Ｓｉｇｎａｌ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋Ｓ．Ａ．公司生产的超声多普勒测速仪实物图片及显示画面丨２８］，该测量系逡逑统由主机、键盘、鼠标、超声多普勒测速探头等组成。超声多普勒测速仪的测速原理逡逑－１５－逡逑

２．１．４实验平台逡逑实验平台包括：中间包模型，加热系统（加热管），热电偶，无纸记录仪，排水系逡逑统，多普勒测速仪，天平，电脑记录系统组成。如图２．２和２．３所示：逡逑＼逦／邋Ｌａｄｌｅ逡逑＼邋ｒ逡逑Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ邋ｃｈａｍｂｅｒ逦ｆｌ逡逑Ｎｏｚｚｌｅ逡逑Ｂｅａｔｉｎｇ邋ｐｉｐｅ逦Ｉｎｊｅｃｔｉｏｉｉ邋ｄｉａｍｂｅｒ逡逑图２．２通道式感应加热中间包水模型实验装置逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｗａｔｅｒ邋ｍｏｄｅｌｉｎｇ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｔｕｎｄｉｓｈ邋ｗｉｔｈ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｔｙｐｅ邋ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ邋ｈｅａｔｉｎｇ逡逑－１７－逡逑
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF777

【参考文献】

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本文编号：2711614