能去除微米级夹杂物的新型中间包物理与数值模拟研究

发布时间：2020-11-08 09:56

　　 本文以某钢厂单流薄板坯中间包为原型,应用针对微米级夹杂物去除而新开发的双层多孔挡墙及旋流型湍流抑制器二级控流装置,探索新型中间包结构。通过数学模拟与物理模拟相结合的方法,对不同结构的新型中间包对钢液流场及≤10μm夹杂物去除效果进行分析评估;采用数学模拟方法,应用离散相模型和湍流模型,对双层填料挡墙局部区域建模,探究了双层挡墙的内部流场与小颗粒夹杂物运动规律,并对采用多级控流装置的新型中间包整体进行模拟优化;采用物理模拟方法,建立了1:2.5的中间包有机玻璃水模型,完成了流场显示实验、RTD曲线测定和微米级夹杂物去除模拟,对数学模型进行验证与对比,主要结论如下:夹杂物模拟结果表明:微米级夹杂物的运动轨迹与钢液的流动轨迹基本一致,表明小颗粒夹杂物的运动受流场影响显著,而控流装置对中间包流场的精细化调整能力为有效地提升≤10μm夹杂物的去除提供了可行方法。双层填料挡墙局部模拟结果表明:填料层对微米级夹杂物的捕捉、过滤能力使带填料双层挡墙的整体去除率显著高于无填料双层挡墙,最高去除率高达88.64%,为无填料挡墙中最低去除率的2倍以上。RTD曲线分析表明:新型中间包各方案的活塞区体积分数均高于原型中间包,最大升幅超过68%,同时大多数设计方案的死区体积分数也低于原型中间包,钢液混匀效果较好。流场模拟结果表明:挡墙开孔方式与斜向上30°倾角导流孔设计能直接改变钢液流场,减少短路流发生,提升中间包下游区钢液顶面流动的延伸距离,从而显著提高夹杂物的去除;月牙形湍流抑制器在注流区能形成更高强度向上旋流,利于钢液混匀和向中心聚集,促进夹杂物碰撞长大,同时不易造成卷渣、钢液裸露。导流孔牵引效应导致导流孔外部出现明显的高速流区域,而钢液或夹杂物一旦进入该区域会出现速度突变现象,很难再次脱离,研究表明速度突变位置在距离挡墙30~100mm以内,其中月牙形湍流抑制器能削弱该效应。数学模拟与物理模拟的结果基本吻合,其中≤10μm夹杂物去除效果较好的方案为采用“月牙形湍流抑制器+X型开孔方式挡墙+47.5mm直径填料球”的中间包,去除率约为87.84%,超过原型中间包相应去除率18.35%。
【学位单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TF341.6
【部分图文】：

图 1.1 连铸过程示意图大量不同粒径的夹杂物随钢液进入铸坯不仅影响其纯净度，还易造成不同表面和内部缺陷，如偏析、疏松、裂纹等，这直接影响铸坯的加工能力和最的质量[2]。此外夹杂物从中间包进入结晶器过程中会不断沉积在浸入式水口

常见湍流抑制器示意图

51.2.4.1 过滤机理过滤器去除夹杂物主要有三种机理，如图1.3所示[21]。图1.3 过滤器不同机理示意图(a-筛网过滤；b-滤饼过滤；c-深床/深层过滤)（1）筛网过滤。此类机理如图1.3(a)所示，属物理过程。所有超出筛网尺寸的非流体杂质都会被挡在外部表面，而低于其网径的杂质能和流体共同穿透装置内部结构。这种过滤机理适用于大粒径的杂质颗粒，常见于连铸过程内脱落的壁面材料、保护渣等。（2）滤饼过滤。此类机理如图1.3(b)所示，非流体杂质被装置拦截在外表面并逐渐沉积，最终发展为所谓的滤饼结构，这种特殊的结构相当于优质的过滤层，发挥更强的效果。（3）深床或深层过滤。此类机理如图1.3(c)所示，能用于实现对微细杂质的过滤过程。微细夹杂被逐步吸附在装置内部的通道表面，运动到达表面主要依靠自身惯性和流体推动
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王琪;赵超;李双林;车福新;;板坯中间包结构优化实验研究[J];北方钒钛;2018年03期

2 ;连铸中间包钢水导分流技术[J];涟钢科技与管理;2010年02期

3 陈豪卫;王爱敏;;单流连铸中间包内流场数值模拟[J];莱钢科技;2012年01期

4 和建章;;连铸中间包在炼钢厂的应用[J];梅山科技;2002年02期

5 陈志平;刘建荣;袁勤;;炼钢厂连铸中间包包盖的改造[J];梅山科技;2000年03期

6 刘欢;韩孝永;刘体晋;章玉成;;梅山连铸中间包水模拟试验研究[J];梅山科技;1999年01期

7 赵岩;邢国成;雷洪;;两流非对称中间包内夹杂物行为[J];工业加热;2017年06期

8 关岩;栾舰;罗旭东;栾旭;;基于材料类“卓越工程师计划”的创新性实验项目的实践——中间包用不定形耐火材料的性能影响因素分析[J];课程教育研究;2017年20期

9 刘纲;李士琦;李京社;张兴中;张新建;常进;;基于中间包冶金工艺优化对钢液温度场的研究[J];连铸;2016年06期

10 陈军利;郝阳;李任春;李太全;;邯钢32t 8流连铸中间包流场的优化研究[J];特殊钢;2017年01期

相关博士学位论文 前10条

1 苏志祁;具有覆盖层条件下中间包钢水液位测量方法的研究[D];东北大学;2017年

2 黄军;中间包全尺度物理模拟平台的建立及应用研究[D];东北大学;2017年

3 詹树华;几种化工及冶金反应器内多相流动传输现象的模拟研究[D];中南大学;2004年

4 张美杰;中间包气幕挡墙的结构优化及其夹杂物去除的数学物理模拟研究[D];武汉科技大学;2006年

5 李娇;多炉连浇大钢锭中间包内流体流动行为研究[D];重庆大学;2011年

6 马天牧;炼钢—连铸批量计划智能优化编制方法[D];东北大学;2014年

7 周海斌;宽厚板坯连铸过程非金属夹杂物的控制研究[D];东北大学;2009年

8 祖凌宇;针对方坯拉速扰动和中间包钢水温度非稳态的二冷配水控制的研究[D];东北大学;2011年

9 周春林;应用钒钛磁铁矿生产高品质钢铁材料关键技术问题的研究[D];东北大学;2013年

10 陈伟;H型钢异型坯表面裂纹和洁净度控制研究[D];燕山大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 董晓森;能去除微米级夹杂物的新型中间包物理与数值模拟研究[D];武汉科技大学;2019年

2 毕乾;通道式感应加热中间包内夹杂物碰撞长大去除行为[D];东北大学;2015年

3 陈萍;连铸中间包流动状态表征和评价的研究[D];东北大学;2015年

4 徐文亮;中间包微孔吹氩技术的模拟研究[D];辽宁科技大学;2018年

5 崔征;小型真空感应炉中间包结构优化研究[D];西安建筑科技大学;2018年

6 詹中华;纳米折射保温板对40t单流中间包保温性能的影响研究[D];昆明理工大学;2018年

7 魏文哲;电磁感应加热中间包叠片铁芯磁热特性研究[D];东北大学;2015年

8 邢方圆;铝的五流连铸中间包控流装置模拟研究[D];大连理工大学;2018年

9 黄含哲;钢包起旋高度控制及五流中间包控流装置优化物理模拟研究[D];重庆大学;2018年

10 潘京大;三流中间包钢液流场数值模拟与结构优化[D];燕山大学;2018年

本文编号：2874625