中间包全尺度物理模拟平台的建立及应用研究
发布时间：2021-03-24 21:38
过去三十年,世界钢铁工业中心由欧美而日韩,到本世纪开始了中国时代。虽然我国连铸技术过去二十年取得了很大进步,但共性基础研究不够系统深入,自主持续创新能力不足。中间包冶金是一项特殊的炉外精炼技术,是从钢的熔炼和精炼到制成固态连铸坯这个生产流程中保证获得优良质量的关键一环。中间包的冶金作用主要是依靠钢液在中间包内的合理流动来实现的,因此,深入了解和控制钢液在中间包内的流动行为是保证中间包冶金效果,提高钢液质量的关键。为了满足定量认识中间包流动特征,特别是中间包内部流动速度场的定量化及涡旋结构,本文基于同时满足室温中间包水模拟过程Re和Fr相似准则,建立全尺度的连铸水模拟实验平台以满足连铸流动模拟相似要求及与中间包结晶器耦合实验需要。实验平台采用模块化的设计思想,充分体现公共平台的功能,可满足不同类型中间包的水模拟实验要求,具有可定制、可裁剪、可移动和可升级的特点。为了满足整个流场的信息测试需要,特别是考虑到中间包内流动平均速度低,将机器视觉及图像处理技术与PIV技术相结合,对中间包流场进行了定性和定量测试,同时基于图像检测示踪粒子浓度变化的非接触中间包RTD测试系统,对中间包的流动特征进行...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PIV成像及数据分析过程
模拟过程和Ｆｒ相似准则，只能采用全尺度模拟［７＜）］。??正是由于对中间包流动测试的要求，且涉及到流场测量下的中间包流动定量??认识，其测量数据可以真实反映钢液的流动过程，全尺度水模拟是必要和现实的，??因此，水模拟的全尺度和速度场的定量测量两者是相互匹配的。??对于中间包ＲＴＤ曲线的研宄，研宄者采用酸、盐溶液和染色溶液作为示踪??剂，采用ＰＨ值测量仪、电导率仪或者比色计分析中间包出口示踪剂的浓度变化。??对测得的ＲＴＤ曲线进行分析可以计算得到示踪剂的开始响应时间、钢液在中间??包内的实际平均停留时间、中间包内的死区体积分布、活塞流体积分布等，这些??都能有效地反映出中间包的冶金性能好坏。??如何保证示踪剂溶液的密度与水密度一致至关重要，否则将产生不正确的??ＲＴＤ曲线。Ｄａｍｌｅ和Ｓａｈａｉ［８］采用数值模拟和水模拟的方法研究了示踪剂密度对??ＲＴＤ曲线的影响，结果表明，使用和测试对象密度不同的示踪剂（例如饱和ＫＣ１??溶液，密度１１６３ｋｇ／ｍ３），获取的ＲＴＤ曲线严重失真，且会导致中间包流动分析??产生错误，失真的程度取决于密度差和加入示踪剂的量，如图１．３所示。??１?Ｉ?？?１?＊?１?｜?＞?１?１?■?１?■?１?＊?■?｜?＇?■?■?■?｜?ｉ?■?｜?３?Ｌ?１?？?＇?１?｜?＇?＇?１?｜?１?？?１?■?Ｉ?＇?■?；?｜?｜?＊??
图２．１平台概貌图（ａ）设计图（ｂ）现场图（ｃ）终端显示设备（ｄ）后台控制设Ｆｉｇ．?２．１?Ｐｌａｔｆｏｒｍ?ｆｉｇｕｒｅ?（ａ）ｄｅｓｉｇｎ?（ｂ）ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?（ｃ）ｄｉｓｐｌａｙ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?（ｄ）ｃｏｎｔｒｏｌ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ??整个实验系统采用模块化的设计思想，充分体现公共平台的功能，对未类型的中间包和结晶器及相关技术细节实现持续不断的创新模拟，其主要想：??
【参考文献】：
期刊论文
[1]简易粒子图像测速（PIV）技术开发与优化技巧[J]. 柯森繁,石小涛,王恩慧,何慧灵,胡晓,王志强,饶冬伟,樊后龑. 长江科学院院报. 2016(08)
[2]六流连铸机T型中间包控流装置优化的物理模拟研究[J]. 刘菲,刘丹. 宽厚板. 2016(01)
[3]连铸中间包钢水中夹杂物来源分析[J]. 刘莹,田庆荣,马立军. 物理测试. 2016(01)
[4]连铸过程夹杂物控制[J]. 张立峰. 连铸. 2016(01)
[5]PIV技术在中间包和结晶器流场模拟中的应用[J]. 崔衡,刘洋,李东侠,王征,陈斌,庞在刚. 连铸. 2015(03)
[6]两流中间包流场的物理模拟与结构优化[J]. 李光强,付勇,陈先红,张战,饶江平,杨治争. 重庆大学学报. 2015(02)
[7]湍流控制器结构对中间包流场影响的数值模拟[J]. 杨康,金焱,成功,黄红兵,艾凡,李洋. 铸造技术. 2014(09)
[8]改善多流中间包均匀性研究[J]. 谢文新,包燕平,王敏,张立强,李睿. 北京科技大学学报. 2014(S1)
[9]Molten Steel Flow in a Slab Continuous-casting Tundish[J]. Liang-cai ZHONG,Rui-chao HAO,Jun-zhe LI,Ying-xiong ZHU. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2014(S1)
[10]钢中非金属夹杂物的相关基础研究（Ι）——非稳态浇铸中的大颗粒夹杂物及夹杂物的形核、长大、运动、去除和捕捉[J]. 张立峰,李燕龙,任英. 钢铁. 2013(11)
博士论文
[1]板坯连铸结晶器内钢液流动行为与模拟方法研究[D]. 靳星.重庆大学 2011
[2]宽厚板坯连铸过程非金属夹杂物的控制研究[D]. 周海斌.东北大学 2009
硕士论文
[1]六流中间包内衬冲蚀研究及结构优化[D]. 陈惠娣.河北联合大学 2014
[2]基于虚拟仪器的机器视觉技术在输送带纵向撕裂检测应用中的研究[D]. 胡明明.太原理工大学 2013
[3]带加热装置的大流间距四流中间包控流装置研究[D]. 卜延进.苏州大学 2013
[4]两流板坯连铸中间包的结构优化研究[D]. 于清显.东北大学 2011
[5]中间包结构优化的数值模拟[D]. 李艳龙.江西理工大学 2010
[6]湍流控制器对T形中间包钢液流场影响的数理模拟研究[D]. 汪磊.重庆大学 2010
[7]大方坯六流中间包控流装置优化的数值模拟研究[D]. 刘鲁宁.内蒙古科技大学 2009
[8]PXI数据采集模块硬件设计[D]. 陈明浩.电子科技大学 2009
[9]基于虚拟仪器技术的微波自动测量系统的研制[D]. 王陈宁.厦门大学 2007
[10]气幕挡墙中间包气泡形成与运动及夹杂物去除的数模研究[D]. 黄奥.武汉科技大学 2007
本文编号：3098439
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PIV成像及数据分析过程
模拟过程和Ｆｒ相似准则，只能采用全尺度模拟［７＜）］。??正是由于对中间包流动测试的要求，且涉及到流场测量下的中间包流动定量??认识，其测量数据可以真实反映钢液的流动过程，全尺度水模拟是必要和现实的，??因此，水模拟的全尺度和速度场的定量测量两者是相互匹配的。??对于中间包ＲＴＤ曲线的研宄，研宄者采用酸、盐溶液和染色溶液作为示踪??剂，采用ＰＨ值测量仪、电导率仪或者比色计分析中间包出口示踪剂的浓度变化。??对测得的ＲＴＤ曲线进行分析可以计算得到示踪剂的开始响应时间、钢液在中间??包内的实际平均停留时间、中间包内的死区体积分布、活塞流体积分布等，这些??都能有效地反映出中间包的冶金性能好坏。??如何保证示踪剂溶液的密度与水密度一致至关重要，否则将产生不正确的??ＲＴＤ曲线。Ｄａｍｌｅ和Ｓａｈａｉ［８］采用数值模拟和水模拟的方法研究了示踪剂密度对??ＲＴＤ曲线的影响，结果表明，使用和测试对象密度不同的示踪剂（例如饱和ＫＣ１??溶液，密度１１６３ｋｇ／ｍ３），获取的ＲＴＤ曲线严重失真，且会导致中间包流动分析??产生错误，失真的程度取决于密度差和加入示踪剂的量，如图１．３所示。??１?Ｉ?？?１?＊?１?｜?＞?１?１?■?１?■?１?＊?■?｜?＇?■?■?■?｜?ｉ?■?｜?３?Ｌ?１?？?＇?１?｜?＇?＇?１?｜?１?？?１?■?Ｉ?＇?■?；?｜?｜?＊??
图２．１平台概貌图（ａ）设计图（ｂ）现场图（ｃ）终端显示设备（ｄ）后台控制设Ｆｉｇ．?２．１?Ｐｌａｔｆｏｒｍ?ｆｉｇｕｒｅ?（ａ）ｄｅｓｉｇｎ?（ｂ）ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?（ｃ）ｄｉｓｐｌａｙ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?（ｄ）ｃｏｎｔｒｏｌ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ??整个实验系统采用模块化的设计思想，充分体现公共平台的功能，对未类型的中间包和结晶器及相关技术细节实现持续不断的创新模拟，其主要想：??
【参考文献】：
期刊论文
[1]简易粒子图像测速（PIV）技术开发与优化技巧[J]. 柯森繁,石小涛,王恩慧,何慧灵,胡晓,王志强,饶冬伟,樊后龑. 长江科学院院报. 2016(08)
[2]六流连铸机T型中间包控流装置优化的物理模拟研究[J]. 刘菲,刘丹. 宽厚板. 2016(01)
[3]连铸中间包钢水中夹杂物来源分析[J]. 刘莹,田庆荣,马立军. 物理测试. 2016(01)
[4]连铸过程夹杂物控制[J]. 张立峰. 连铸. 2016(01)
[5]PIV技术在中间包和结晶器流场模拟中的应用[J]. 崔衡,刘洋,李东侠,王征,陈斌,庞在刚. 连铸. 2015(03)
[6]两流中间包流场的物理模拟与结构优化[J]. 李光强,付勇,陈先红,张战,饶江平,杨治争. 重庆大学学报. 2015(02)
[7]湍流控制器结构对中间包流场影响的数值模拟[J]. 杨康,金焱,成功,黄红兵,艾凡,李洋. 铸造技术. 2014(09)
[8]改善多流中间包均匀性研究[J]. 谢文新,包燕平,王敏,张立强,李睿. 北京科技大学学报. 2014(S1)
[9]Molten Steel Flow in a Slab Continuous-casting Tundish[J]. Liang-cai ZHONG,Rui-chao HAO,Jun-zhe LI,Ying-xiong ZHU. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2014(S1)
[10]钢中非金属夹杂物的相关基础研究（Ι）——非稳态浇铸中的大颗粒夹杂物及夹杂物的形核、长大、运动、去除和捕捉[J]. 张立峰,李燕龙,任英. 钢铁. 2013(11)
博士论文
[1]板坯连铸结晶器内钢液流动行为与模拟方法研究[D]. 靳星.重庆大学 2011
[2]宽厚板坯连铸过程非金属夹杂物的控制研究[D]. 周海斌.东北大学 2009
硕士论文
[1]六流中间包内衬冲蚀研究及结构优化[D]. 陈惠娣.河北联合大学 2014
[2]基于虚拟仪器的机器视觉技术在输送带纵向撕裂检测应用中的研究[D]. 胡明明.太原理工大学 2013
[3]带加热装置的大流间距四流中间包控流装置研究[D]. 卜延进.苏州大学 2013
[4]两流板坯连铸中间包的结构优化研究[D]. 于清显.东北大学 2011
[5]中间包结构优化的数值模拟[D]. 李艳龙.江西理工大学 2010
[6]湍流控制器对T形中间包钢液流场影响的数理模拟研究[D]. 汪磊.重庆大学 2010
[7]大方坯六流中间包控流装置优化的数值模拟研究[D]. 刘鲁宁.内蒙古科技大学 2009
[8]PXI数据采集模块硬件设计[D]. 陈明浩.电子科技大学 2009
[9]基于虚拟仪器技术的微波自动测量系统的研制[D]. 王陈宁.厦门大学 2007
[10]气幕挡墙中间包气泡形成与运动及夹杂物去除的数模研究[D]. 黄奥.武汉科技大学 2007
本文编号：3098439
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