ASP连铸结晶器流场和温度场的模拟研究

发布时间：2020-06-20 19:25

【摘要】：本文以鞍钢ASP中薄板坯连铸连轧生产线中连铸结晶器为对象分别采用雷诺时均模拟方法和大涡模拟方法建立数学模型,针对不同浸入式水口结构、水口浸入深度、拉速、吹氩等工艺参数条件,对结晶器内流场和温度场进行模拟分析研究,得到以下结论:使用三孔水口比使用两孔水口获得的流场更稳定,分布更均匀。结晶器内自由液面上三孔水口钢液的速度比两孔水口的钢液速度要小。三孔水口的液面波动比两孔水口的液面波动小,能够降低保护渣被卷入的可能。随着水口浸入深度的增加,上返流区域变大,自由液面的速度减小、液面波动变小,能在一定程度上防止保护渣的卷入;但过深的深度会使下行流的涡心下移,增加夹杂物被卷入板坯深处的机会;高温区下移容易使初生坯壳变薄,增加漏钢的几率。随着拉速的增加,流场的不对称性越发明显,钢液对结晶器窄面的冲击加剧,容易使坯壳重熔,增加漏钢的危险;钢液速度加大不利于夹杂物的上浮;自由液面速度增大更容易出现卷渣;弯月面的高温区面积增大,有利于保护渣的熔化。结晶器内吹入氩气后,流股对结晶器窄面的冲击点上移,自由液面温度升高,温度分布更均匀,自由液面速度降低,液面波动减小。通过对比雷诺时均模拟和大涡模拟的结果发现,两者的结果在整体能够得到相似的结论,但在更多的细节上有许多不甚相同的地方:雷诺时均模拟得到的结果是流场较均匀,水口两侧的流场基本对称;大涡模拟得到的结果是流场呈现非对称性,可以捕捉更多涡旋。大涡模拟得到结果比雷诺时均模拟得到的结果更加准确,能反映出许多细节问题,能更真实的反应结晶器内流场的情况。
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF777
【图文】：

钢液流动,结晶器,基本特征

图 1.1 结晶器内钢液流动基本特征Fig 1.1 Basic characteristics of molten steel flow in mold晶器内钢液流动的基本特征，Thomas 曾进行研究，如包流出后通过浸入式水口（Submerged Entry Nozzle 简称液从 SEN 的侧孔冲出后，冲击结晶器窄面后沿窄面方股。上返流在自由表面附近返回水口方向形成一个较小惯性作用向下达到一定的深度后沿中心区域流向水口，区方向相反、范围更大的下回流区。下回流区的流动强离而减弱。这一流股向下运动，会影响柱状晶生长，从要作用。在这一流动过程中，流股与结晶器窄面相撞击面坯壳的均匀性及上下回流的速度产生重要影响。上回晶器流场的平稳状态和水口两侧回流相互作用产生旋涡器内钢液流动的影响因素

示意图,水口,网格划分,示意图

=0 >( ) ( )1 > ≥ ≥ ，为钢液速度，为速度分量，为密度，P 为压强，g 为重力加洛伦兹力，k 为湍动能，为耗散率，为层流动力学粘度，，h 为钢液凝固时的固液相混含焓，L 为钢的凝固潜热，为钢，为钢的液相线温度，为钢的固相线温度，S 分别代表， k，，为拉速。根据 Launder 和 Spalding 的推荐，C1=1.44，C =1.0， =1.3。划分和边界条件划分针对 ASP 连铸结晶器及两种浸入式水口进行模拟研究，其结构网格如图 2.1 所示。

【参考文献】