宽厚板连铸结晶器内流动—传热—凝固耦合模拟

发布时间：2021-04-21 12:27

　　宽厚板广泛用于海洋平台、桥梁工程、重型机械以及舰船制造等军事工业,随着市场需求的日益旺盛,高附加值的宽厚板产品受到了更多关注。与常规板坯相比,宽厚板的浇铸工艺存在一定的差异,这是由于钢种和断面的特殊性造成的。一方面,目前国内宽厚板连铸机生产的主要钢种包括中碳钢、包晶钢以及合金钢等,浇注难度大,裂纹敏感性强,过高的通钢量导致结晶器热负荷显著增加,漏钢、纵裂、表面裂纹及各类缺陷是制约宽厚板高效生产的主要问题。同时,因宽厚板坯的断面和尺寸均较大,特别是过大的宽度,保护渣流入均匀性恶化,初生坯壳收缩的不均性愈发明显,易诱发黏结、纵裂等表面缺陷。此外,宽厚板连铸的拉速较低,结晶器下口铸坯表面温度明显下降,保护渣沿浇铸方向的服役温度区间显著拉长,对保护渣熔化、流入的均匀性及消耗的稳定性提出了更高要求。浇铸过程中,结晶器控制着钢液的初始凝固行为,其内部钢液流场显著影响着保护渣流入、夹杂物上浮、熔渣卷入、液面波动以及初生坯壳的均匀性,尤其是对于断面宽大的宽厚板坯,合理的水口设计与结晶器流场对于提高和稳定连铸坯质量具有重要意义。本文基于国内某钢厂弧形宽厚板坯连铸机的设备参数和工艺条件,依据N-S动量方程... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 结晶器的冶金功能
        1.1.1 结晶器的地位和作用
        1.1.2 结晶器内钢液流动对铸坯质量的影响
    1.2 结晶器内的钢液流动
        1.2.1 钢液流场的基本形态
        1.2.2 浸入式水口的功能与分类
        1.2.3 水口区域的流场形态
    1.3 结晶器流动/传热耦合计算
        1.3.1 结晶器传热简介
        1.3.2 钢液凝固对流场的影响
        1.3.3 传热/流动耦合模拟研究现状
    1.4 课题背景和研究内容
2 结晶器内钢液流场数值模型与计算方法
    2.1 铸机和水口参数
        2.1.1 宽厚板连铸的特点
        2.1.2 铸机条件
        2.1.3 水口参数
    2.2 流场模拟的理论基础
        2.2.1 连续性方程
        2.2.2 动量方程
        2.2.3 标准κ-ε双方程模型
        2.2.4 近壁面函数
    2.3 模拟方法与软件
        2.3.1 基本假设
        2.3.2 求解方法
        2.3.3 湍流控制方程
    2.4 结晶器网格划分与边界条件
        2.4.1 计算区域
        2.4.2 网格划分
        2.4.3 边界条件
        2.4.4 流场的求解流程
    2.5 本章小结
3 宽厚板结晶器流场与水口数值模拟
    3.1 钢液流场分布的基本特征
    3.2 水口设计对流场的影响
        3.2.1 窄面冲击位置和回流区涡心
        3.2.2 水口出口流场
        3.2.3 自由液面湍动能
        3.2.4 自由液面形状
    3.3 水口参数对流场的影响
        3.3.1 水口倾角
        3.3.2 水口面积比
        3.3.3 侧孔纵横比
    3.4 工艺参数对流场的影响
        3.4.1 拉速
        3.4.2 浸入深度
        3.4.3 铸坯厚度
        3.4.4 铸坯宽度
    3.5 本章小结
4 结晶器内钢液流动-传热-凝固耦合数值模型
    4.1 铸机和水口参数
        4.1.1 铸机条件
        4.1.2 水口参数
    4.2 结晶器内流动-传热-凝固耦合数学模型
        4.2.1 基本方程
        4.2.2 能量方程
        4.2.3 湍流控制方程
        4.2.4 固相率计算方程
        4.2.5 凝固熔化模型
    4.3 结晶器传热反问题计算模型
        4.3.1 传热模型基本思想和边界条件
        4.3.2 传热反问题计算模型
    4.4 结晶器耦合模型网格划分与计算方法
        4.4.1 基本假设
        4.4.2 计算区域和网格划分
        4.4.3 边界条件
        4.4.4 热物性参数的确定
    4.5 本章小结
5 结晶器钢液流动/传热耦合计算结果与分析
    5.1 热流与流场/温度场基本形态
        5.1.1 反算热流
        5.1.2 结晶器内钢液流动和温度分布
    5.2 流场与温度场特征
        5.2.1 涡心位置
        5.2.2 窄面冲击点
        5.2.3 湍动能
    5.3 钢液温度分布
        5.3.1 横截面温度
        5.3.2 纵截面温度
        5.3.3 宽面温度
        5.3.4 窄面温度
    5.4 铸坯凝固行为
        5.4.1 横截面液相率
        5.4.2 纵截面液相率
        5.4.3 凝固坯壳
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁搅拌对大方坯结晶器流场和液面波动的影响[J]. 王亚涛,杨振国,张晓峰,李剑锋,王宝,刘青.  北京科技大学学报. 2014(10)
[2]连铸浸入式水口结构优化的水模型试验[J]. 张明国.  钢铁研究. 2014(04)
[3]基于实测温度的结晶器瞬态传热反问题计算方法[J]. 王旭东,臧欣阳,杜凤鸣,孔令伟,姚曼.  铸造技术. 2014(07)
[4]水口底部形状对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响[J]. 邓小旋,熊霄,王新华,李林平,郝晨晖,魏鹏远,季晨曦.  北京科技大学学报. 2014(04)
[5]CSP结晶器内钢液流动及凝固的数值模拟[J]. 张晓峰,窦坤,王亚涛,聂嫦平,刘青.  武汉科技大学学报. 2013(06)
[6]宽厚板连铸结晶器内钢液流动传热行为模拟[J]. 时东生,王朝阳,巩文旭.  连铸. 2013(05)
[7]钢液中非金属夹杂物碰撞、长大的研究进展[J]. 岳强,陈怀昊,姚成虎,卢丹,张久峰,黄飞.  钢铁研究学报. 2012(09)
[8]连铸用功能耐火材料的现状及发展趋势[J]. 贺中央.  耐火材料. 2011(06)
[9]应用连铸坯生产特厚钢板技术[J]. 李文斌,曹忠孝,李阳,苏红英,费静.  轧钢. 2011(01)
[10]板坯连铸结晶器内水口结瘤对钢液流动行为的影响[J]. 吴浩方,陈志平,文光华,徐海伦.  钢铁. 2009(08)

硕士论文
[1]薄板坯连铸结晶器内钢液流动行为的数学物理模拟[D]. 杨燕.东北大学 2008



本文编号：3151757