板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究
发布时间：2021-06-08 07:05
本文以断面为1600mm×230mm的板坯为研究对象,并以流体软件FLUENT14.0为仿真模拟平台。运用数值模拟的有限体积元法,分别建立了结晶器钢液流动和钢液流动凝固耦合的三维数学模型。钢液流动模型采用高雷诺数Realizable k-ε湍流模型和VOF多相流模型考虑钢液流动的湍流特性和保护渣层。然后采用流场模拟结果中总结的合理工艺参数,建立了结晶器内钢液的流动,传热和凝固的三维耦合模型。其中考虑了结晶器内钢液拉坯方向的传热,采用低雷诺数湍流模型模拟流热固耦合中湍流特性。耦合模型中铸坯宽面和窄面采用不同的非线性的热流密度函数。铸坯内固液两相区被看作多孔介质,并加入了热浮力的影响。流场分析结果表明:拉坯速度、水口出口倾角和水口插入深度变化对液面波动的影响较大,水口侧孔宽度和水口凹槽深度对流场的影响较小。将拉速保持在1.0-1.2m/min;水口插入深度选为160mm;水口出口倾角选向下10℃-15℃;侧孔高度不变为60mm时,侧孔宽度应维持在50-60mm;水口凹槽深度设为30mm,能获得较为合理的流场。流热固耦合模拟分析表明,为使出结晶器时铸坯坯壳厚度满足冶金原则,拉坯速度应选在1....
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
连铸流程示意图
图 2-2 结晶器内弯月面示意图 1）弯月面区：由于弯月面的末尾层外，几乎紧贴结晶器铜壁内侧，钢液很表面张力的作用而拥有弹性薄膜的功能，出新的钢液和结晶器的振动，原有坯壳向2）紧密接触区：初生的坯壳很薄坯壳与结晶器铜壁的传热方式是热传导，迅速增厚。3）气隙区：在紧密接触区下一定距坯壳横向向内收缩，因此坯壳脱离结晶器定区和气隙稳定区。气息不稳定区是气隙时的坯壳厚度不够，在钢水静压力下又被气隙区的形成，只有等到坯壳厚度不断增
浸入式水口尾部设计，其主要结构如下图 2-5 所示，主要结构参数有流钢中孔水口外径、侧孔形状及尺寸、侧孔倾角、底部厚度和渣线位置（渣线位置以口长度即为水口浸入深度）等，下面内容就是介绍水口尾部个主要参数的确定（1）流钢中孔直径的确定在国内，大圆坯和板坯连铸所用的浸入式水口流钢中孔的直径 d，大多85mm 之间，其它类型为 50～30mm，小方坯连铸则更小。为防止浇注过程中等析出物堵塞水口，浸入式水口中空直径偏向于选取较大直径。（2）浸入式水口尾部的外径的确定目前，在国内，与浸入式水口配套使用的结晶器有：1）小方坯连铸结晶器，尺寸一般为 120mm～150mm；2）大方坯、矩形坯连铸使用的结晶器，窄面尺寸为 160～380mm；3）圆坯连铸实用的结晶器，尺寸在φ150mm～φ310mm 之间；4）板坯连铸使用的结晶器，窄面尺寸在 140mm～300mm 之间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浸入式水口结构对大方坯结晶器流场和温度场影响的数学模拟[J]. 杨建,李杰,王世俊,周云. 钢铁研究. 2011(04)
[2]超宽板坯结晶器内流场和温度场的耦合数值模拟[J]. 王楠,宋清诗,陈敏,郭亮,王桂玲,姚永宽,李翔. 过程工程学报. 2009(S1)
[3]连铸结晶器传热边界条件研究[J]. 盛义平,孔祥东,杨永利. 中国机械工程. 2007(13)
[4]方、圆坯高速连铸结晶器内壁的理想纵断面曲线和锥度曲线[J]. 盛义平,孔祥东,刘景元,杨永利. 机械工程学报. 2006(12)
[5]方坯连铸结晶器内钢液三维流场的数值模拟[J]. 幸伟,沈巧珍,王晓红. 山东冶金. 2004(05)
[6]大方坯在连铸过程中传热及凝固规律的数学模拟[J]. 王宝峰,丁国,麻永林,孟志泉,李春龙,王玉昌,王权. 炼钢. 2002(05)
[7]高速连铸结晶器内卷渣机理及其控制研究[J]. 雷洪,许海虹,朱苗勇,干勇,刘新,倪满森,刘家奇. 钢铁. 1999(08)
[8]连铸坯在结晶器中表面热流分布规律的研究[J]. 许志强,罗秉臣,王亚洲. 重型机械. 1997(05)
[9]板坯连铸结晶器内钢液流动过程的模拟仿真[J]. 朱苗勇,刘家奇,肖泽强. 钢铁. 1996(08)
[10]连铸结晶器中三维紊流场的层流等效模型[J]. 杨秉俭,蔡临宁,苏俊义. 西安交通大学学报. 1996(04)
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]电磁软接触连铸结晶器内多物理场耦合数值模拟研究[D]. 康丽.东北大学 2008
硕士论文
[1]板坯连铸结晶器内流动传热和凝固收缩的数值模拟[D]. 王挺.西安建筑科技大学 2012
[2]700mm×700mm特大方坯连铸机结晶器相关技术研究[D]. 佟瑞松.燕山大学 2011
[3]板坯连铸结晶器锥度优化设计[D]. 张强.燕山大学 2010
[4]板坯连铸结晶器内流场和温度场的研究[D]. 魏巍.燕山大学 2009
[5]超宽板坯包晶钢连铸结晶器内温度场与应力场的数值模拟[D]. 赵亮.东北大学 2008
[6]中厚板连铸液固温耦合数值模拟[D]. 杨春宝.河北理工大学 2008
[7]板坯连铸机结晶器内三维流场和温度场的有限元分析[D]. 石俊.武汉理工大学 2007
[8]连铸方坯两相区综合应变及矫直反力的模拟计算[D]. 李武红.西安建筑科技大学 2007
[9]方坯连铸结晶器内钢液行为的数值模拟[D]. 胡胜亮.河北理工大学 2005
[10]连铸坯温度场模拟系统的开发[D]. 刘玉.重庆大学 2003
本文编号：3217920
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
连铸流程示意图
图 2-2 结晶器内弯月面示意图 1）弯月面区：由于弯月面的末尾层外，几乎紧贴结晶器铜壁内侧，钢液很表面张力的作用而拥有弹性薄膜的功能，出新的钢液和结晶器的振动，原有坯壳向2）紧密接触区：初生的坯壳很薄坯壳与结晶器铜壁的传热方式是热传导，迅速增厚。3）气隙区：在紧密接触区下一定距坯壳横向向内收缩，因此坯壳脱离结晶器定区和气隙稳定区。气息不稳定区是气隙时的坯壳厚度不够，在钢水静压力下又被气隙区的形成，只有等到坯壳厚度不断增
浸入式水口尾部设计，其主要结构如下图 2-5 所示，主要结构参数有流钢中孔水口外径、侧孔形状及尺寸、侧孔倾角、底部厚度和渣线位置（渣线位置以口长度即为水口浸入深度）等，下面内容就是介绍水口尾部个主要参数的确定（1）流钢中孔直径的确定在国内，大圆坯和板坯连铸所用的浸入式水口流钢中孔的直径 d，大多85mm 之间，其它类型为 50～30mm，小方坯连铸则更小。为防止浇注过程中等析出物堵塞水口，浸入式水口中空直径偏向于选取较大直径。（2）浸入式水口尾部的外径的确定目前，在国内，与浸入式水口配套使用的结晶器有：1）小方坯连铸结晶器，尺寸一般为 120mm～150mm；2）大方坯、矩形坯连铸使用的结晶器，窄面尺寸为 160～380mm；3）圆坯连铸实用的结晶器，尺寸在φ150mm～φ310mm 之间；4）板坯连铸使用的结晶器，窄面尺寸在 140mm～300mm 之间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浸入式水口结构对大方坯结晶器流场和温度场影响的数学模拟[J]. 杨建,李杰,王世俊,周云. 钢铁研究. 2011(04)
[2]超宽板坯结晶器内流场和温度场的耦合数值模拟[J]. 王楠,宋清诗,陈敏,郭亮,王桂玲,姚永宽,李翔. 过程工程学报. 2009(S1)
[3]连铸结晶器传热边界条件研究[J]. 盛义平,孔祥东,杨永利. 中国机械工程. 2007(13)
[4]方、圆坯高速连铸结晶器内壁的理想纵断面曲线和锥度曲线[J]. 盛义平,孔祥东,刘景元,杨永利. 机械工程学报. 2006(12)
[5]方坯连铸结晶器内钢液三维流场的数值模拟[J]. 幸伟,沈巧珍,王晓红. 山东冶金. 2004(05)
[6]大方坯在连铸过程中传热及凝固规律的数学模拟[J]. 王宝峰,丁国,麻永林,孟志泉,李春龙,王玉昌,王权. 炼钢. 2002(05)
[7]高速连铸结晶器内卷渣机理及其控制研究[J]. 雷洪,许海虹,朱苗勇,干勇,刘新,倪满森,刘家奇. 钢铁. 1999(08)
[8]连铸坯在结晶器中表面热流分布规律的研究[J]. 许志强,罗秉臣,王亚洲. 重型机械. 1997(05)
[9]板坯连铸结晶器内钢液流动过程的模拟仿真[J]. 朱苗勇,刘家奇,肖泽强. 钢铁. 1996(08)
[10]连铸结晶器中三维紊流场的层流等效模型[J]. 杨秉俭,蔡临宁,苏俊义. 西安交通大学学报. 1996(04)
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]电磁软接触连铸结晶器内多物理场耦合数值模拟研究[D]. 康丽.东北大学 2008
硕士论文
[1]板坯连铸结晶器内流动传热和凝固收缩的数值模拟[D]. 王挺.西安建筑科技大学 2012
[2]700mm×700mm特大方坯连铸机结晶器相关技术研究[D]. 佟瑞松.燕山大学 2011
[3]板坯连铸结晶器锥度优化设计[D]. 张强.燕山大学 2010
[4]板坯连铸结晶器内流场和温度场的研究[D]. 魏巍.燕山大学 2009
[5]超宽板坯包晶钢连铸结晶器内温度场与应力场的数值模拟[D]. 赵亮.东北大学 2008
[6]中厚板连铸液固温耦合数值模拟[D]. 杨春宝.河北理工大学 2008
[7]板坯连铸机结晶器内三维流场和温度场的有限元分析[D]. 石俊.武汉理工大学 2007
[8]连铸方坯两相区综合应变及矫直反力的模拟计算[D]. 李武红.西安建筑科技大学 2007
[9]方坯连铸结晶器内钢液行为的数值模拟[D]. 胡胜亮.河北理工大学 2005
[10]连铸坯温度场模拟系统的开发[D]. 刘玉.重庆大学 2003
本文编号：3217920
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