特厚板坯结晶器内流动及传热的模拟研究
发布时间：2021-07-04 09:29
目前,连铸发展的重要方向之一就是特厚板坯连铸,与常规板坯相比较,特厚板坯工艺具有拉速低、凝固潜热大、液穴长等特点,因此容易导致各种各样的铸造缺陷。在改进特厚板坯的生产方面诸多国内外学者真在进行研究。本文对特厚板坯连铸结晶器内的流动、传热进行了模拟仿真,主要的研究工作如下所述:（1）建立了特厚板坯结晶器流动、传热耦合数学模型。为了准确地计算结晶器内的热量传输情况提供了边界条件,针对特厚板坯断面尺寸大的特点,利用FLUENT软件中的用户自定义程序（UDF）写入适用于特厚板坯连铸结晶器的热流密度公式。（2）建立2200×400 mm特厚板坯连铸结晶器数值计算模型;通过FLUENT软件对结晶器内流场和温度场进行了数值模拟,得到了结晶器内流场和温度场分布规律;模拟并分析了水口浸入深度、过热度和拉坯速度对结晶器内出口窄面坯壳厚度、高温区分布、流股冲击和自由液面流速及湍动能的影响,结果表明,当过热度为20K、浸入深度为140 mm、拉坯速度为0.5 m/min左右时,结晶器内的流场和温度场较为合理。（3）采用水力学模拟方法,对结晶器进行物理模拟。根据相似原理,建立1:0.55的物理模型。通过测量和分...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结晶器内热量传输方式
为了在模拟时减少不必要的计算，建模时截取结晶器的四分之一作为模型。由于本论文不计算二冷区，考虑到钢液冲击到达结晶器底部时会产生过大的向上回旋，与实际生产不符，所以将结晶器模型的高度画成 1500mm。结晶器模型示意图和网格划分示意图如图 3.1、3.2。通过查阅，网格采用六面体对于计算结果更有优势。由于本论文中结晶器水口处的模型形状过于复杂，所以该处采用四面体生成网格。结晶器部分由于形状并不复杂，可采用六面体。四面体相比较于六面体，适用性更强但计算量大；六面体在复杂区域不容易生成，但网格质量相对更高[47]。由于计算结果主要集中在结晶器的上部，在建模时使用 Gambit 将其上部网格处理成高密度，网格大小为 1 mm。模型沿铸造方向网格按一定比例扩大，在结晶器底部即 1500mm 处的网格大小为 20 mm。浸入式水口处由于形状过于复杂，为确保准确，建模时网格采用四面体，大小为 0.5 mm。因此模型共同采用六面体和四面体的网格划分方式，网格数量在 1900000 个左右，且 skewness 的最大值低于 0.55，网格质量较好。
为了在模拟时减少不必要的计算，建模时截取结晶器的四分之一作为模型。由于本论文不计算二冷区，考虑到钢液冲击到达结晶器底部时会产生过大的向上回旋，与实际生产不符，所以将结晶器模型的高度画成 1500mm。结晶器模型示意图和网格划分示意图如图 3.1、3.2。通过查阅，网格采用六面体对于计算结果更有优势。由于本论文中结晶器水口处的模型形状过于复杂，所以该处采用四面体生成网格。结晶器部分由于形状并不复杂，可采用六面体。四面体相比较于六面体，适用性更强但计算量大；六面体在复杂区域不容易生成，但网格质量相对更高[47]。由于计算结果主要集中在结晶器的上部，在建模时使用 Gambit 将其上部网格处理成高密度，网格大小为 1 mm。模型沿铸造方向网格按一定比例扩大，在结晶器底部即 1500mm 处的网格大小为 20 mm。浸入式水口处由于形状过于复杂，为确保准确，建模时网格采用四面体，大小为 0.5 mm。因此模型共同采用六面体和四面体的网格划分方式，网格数量在 1900000 个左右，且 skewness 的最大值低于 0.55，网格质量较好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]特厚板坯结晶器截面尺寸对其流场和温度场的影响[J]. 刘智龙,张立华. 特种铸造及有色合金. 2014(08)
[2]硬铝合金半连续铸造过程数值模拟及裂纹倾向性研究[J]. 刘自由,张海鹰,范四立,舒雨锋. 湖南城市学院学报(自然科学版). 2011(04)
[3]特厚板品种生产现状及新技术研究[J]. 刘清梅,魏丽艳. 上海金属. 2011(06)
[4]鞍钢5500mm宽厚板轧机技术及装备概述[J]. 曲圣昱,王明林. 鞍钢技术. 2010(03)
[5]日本新日铁自主创新的连铸技术[J]. 潘秀兰,王艳红,梁慧智,冯士超. 世界钢铁. 2010(02)
[6]方坯连铸结晶器凝固传热的有限元数值模拟[J]. 刘从港,周书才,杨治立. 冶金能源. 2009(04)
[7]特厚钢板制造技术的新进展[J]. 王定武. 冶金管理. 2009(05)
[8]现代厚板生产工艺技术及工艺装备技术[J]. 于世果,沈继刚. 钢铁技术. 2009(02)
[9]国外厚板生产线工艺及设备特点[J]. 孙玮,刘福义. 宽厚板. 2008(01)
[10]7050铝合金大铸锭半连续铸造过程数值模拟[J]. 马维策,胡士成,杨运猛,付明志,胡永清. 特种铸造及有色合金. 2008(02)
硕士论文
[1]7XXX铝合金热顶半连续铸造的数值模拟[D]. 胡谦谦.中南大学 2012
[2]P91高合金钢连铸坯凝固后的组织和力学性能研究[D]. 钟文.中南大学 2012
[3]鞍钢R9300板坯连铸机连续弯曲、矫直优化研究[D]. 张凤心.东北大学 2010
[4]连铸板坯坯壳厚度测定及凝固壳形貌模拟研究[D]. 陈嫚丽.重庆大学 2009
[5]水口结构参数对宽板坯结晶器流场影响的物理模拟[D]. 梁坤.重庆大学 2008
[6]7050铝合金大圆锭半连铸凝固过程数值模拟及裂纹倾向性分析[D]. 马维策.中南大学 2008
[7]宝钢特厚板用新锭型及相关工艺的研究[D]. 蔡得祥.上海交通大学 2007
[8]连续铸钢结晶器温度场的实验研究及其数值模拟[D]. 沙明红.大连理工大学 2005
本文编号：3264525
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结晶器内热量传输方式
为了在模拟时减少不必要的计算，建模时截取结晶器的四分之一作为模型。由于本论文不计算二冷区，考虑到钢液冲击到达结晶器底部时会产生过大的向上回旋，与实际生产不符，所以将结晶器模型的高度画成 1500mm。结晶器模型示意图和网格划分示意图如图 3.1、3.2。通过查阅，网格采用六面体对于计算结果更有优势。由于本论文中结晶器水口处的模型形状过于复杂，所以该处采用四面体生成网格。结晶器部分由于形状并不复杂，可采用六面体。四面体相比较于六面体，适用性更强但计算量大；六面体在复杂区域不容易生成，但网格质量相对更高[47]。由于计算结果主要集中在结晶器的上部，在建模时使用 Gambit 将其上部网格处理成高密度，网格大小为 1 mm。模型沿铸造方向网格按一定比例扩大，在结晶器底部即 1500mm 处的网格大小为 20 mm。浸入式水口处由于形状过于复杂，为确保准确，建模时网格采用四面体，大小为 0.5 mm。因此模型共同采用六面体和四面体的网格划分方式，网格数量在 1900000 个左右，且 skewness 的最大值低于 0.55，网格质量较好。
为了在模拟时减少不必要的计算，建模时截取结晶器的四分之一作为模型。由于本论文不计算二冷区，考虑到钢液冲击到达结晶器底部时会产生过大的向上回旋，与实际生产不符，所以将结晶器模型的高度画成 1500mm。结晶器模型示意图和网格划分示意图如图 3.1、3.2。通过查阅，网格采用六面体对于计算结果更有优势。由于本论文中结晶器水口处的模型形状过于复杂，所以该处采用四面体生成网格。结晶器部分由于形状并不复杂，可采用六面体。四面体相比较于六面体，适用性更强但计算量大；六面体在复杂区域不容易生成，但网格质量相对更高[47]。由于计算结果主要集中在结晶器的上部，在建模时使用 Gambit 将其上部网格处理成高密度，网格大小为 1 mm。模型沿铸造方向网格按一定比例扩大，在结晶器底部即 1500mm 处的网格大小为 20 mm。浸入式水口处由于形状过于复杂，为确保准确，建模时网格采用四面体，大小为 0.5 mm。因此模型共同采用六面体和四面体的网格划分方式，网格数量在 1900000 个左右，且 skewness 的最大值低于 0.55，网格质量较好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]特厚板坯结晶器截面尺寸对其流场和温度场的影响[J]. 刘智龙,张立华. 特种铸造及有色合金. 2014(08)
[2]硬铝合金半连续铸造过程数值模拟及裂纹倾向性研究[J]. 刘自由,张海鹰,范四立,舒雨锋. 湖南城市学院学报(自然科学版). 2011(04)
[3]特厚板品种生产现状及新技术研究[J]. 刘清梅,魏丽艳. 上海金属. 2011(06)
[4]鞍钢5500mm宽厚板轧机技术及装备概述[J]. 曲圣昱,王明林. 鞍钢技术. 2010(03)
[5]日本新日铁自主创新的连铸技术[J]. 潘秀兰,王艳红,梁慧智,冯士超. 世界钢铁. 2010(02)
[6]方坯连铸结晶器凝固传热的有限元数值模拟[J]. 刘从港,周书才,杨治立. 冶金能源. 2009(04)
[7]特厚钢板制造技术的新进展[J]. 王定武. 冶金管理. 2009(05)
[8]现代厚板生产工艺技术及工艺装备技术[J]. 于世果,沈继刚. 钢铁技术. 2009(02)
[9]国外厚板生产线工艺及设备特点[J]. 孙玮,刘福义. 宽厚板. 2008(01)
[10]7050铝合金大铸锭半连续铸造过程数值模拟[J]. 马维策,胡士成,杨运猛,付明志,胡永清. 特种铸造及有色合金. 2008(02)
硕士论文
[1]7XXX铝合金热顶半连续铸造的数值模拟[D]. 胡谦谦.中南大学 2012
[2]P91高合金钢连铸坯凝固后的组织和力学性能研究[D]. 钟文.中南大学 2012
[3]鞍钢R9300板坯连铸机连续弯曲、矫直优化研究[D]. 张凤心.东北大学 2010
[4]连铸板坯坯壳厚度测定及凝固壳形貌模拟研究[D]. 陈嫚丽.重庆大学 2009
[5]水口结构参数对宽板坯结晶器流场影响的物理模拟[D]. 梁坤.重庆大学 2008
[6]7050铝合金大圆锭半连铸凝固过程数值模拟及裂纹倾向性分析[D]. 马维策.中南大学 2008
[7]宝钢特厚板用新锭型及相关工艺的研究[D]. 蔡得祥.上海交通大学 2007
[8]连续铸钢结晶器温度场的实验研究及其数值模拟[D]. 沙明红.大连理工大学 2005
本文编号：3264525
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