板坯连铸结晶器内钢液流动的数学物理模拟研究

发布时间：2021-10-16 23:58

　　作为连铸生产过程中净化钢质的最后一个环节,结晶器内钢水流动状态对夹杂物的排除、保护渣的卷入、凝固坯壳的形成以及铸坯微观凝固组织等都有较大的影响。研究连铸结晶器内钢液的流动对于提高连铸生产率和板坯质量有着重要意义。合理的结晶器流场可以稳定结晶器内钢液液面,防止“卷渣”现象的发生,这对提高钢液纯净度、避免铸坯表面缺陷以及内部缺陷起着非常重要的作用。本研究以某钢厂板坯连铸结晶器为原型,基于商用软件FLUENT平台,依据计算流体动力学理论建立了三维数学模型,计算了不同条件下结晶器内的流场和温度场,研究了浸入式水口的浸入深度、断面宽度和水口侧孔结构对结晶器内钢液的流场和温度场的影响,讨论了不同参数对结晶器内夹杂物去除情况的影响。针对230mmx 1300mm和230mmx 1930mm断面板坯结晶器,在拉速为1.3m/min,物理模型吹气量为0.1m3/h的条件下对水口结构参数和操作参数进行优化。在230mmx 1300mm断面,插入深度为130mm条件下,原浸入式水口1#水口平均波高达到0.57cm,渣层分布不均,漩涡卷渣现象明显；采用优化后的5#水口,平均波高降到0.38cm,自由液面趋于平... 

【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】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 国内连铸技术的发展状况
    1.2 国外连铸技术的发展
    1.3 本课题的主要研究内容
    1.4 本课题的研究目的及意义
第二章 文献综述
    2.1 结晶器的冶金作用
    2.2 结晶器内钢液行为
        2.2.1 结晶器内钢液流动基本特征
        2.2.2 结晶器弯液面的波动行为
    2.3 结晶器内夹杂物运动行为
    2.4 结晶器内卷渣的主要研究
    2.5 连铸结晶器流场和温场的研究方法
        2.5.1 示踪法
        2.5.2 物理模拟法
        2.5.3 数值模拟法
第三章 结晶器钢液流动的物理模拟研究
    3.1 物理模拟研究的理论基础
    3.2 物理模型实验参数确定及建立
        3.2.1 几何相似
        3.2.2 动力相似
        3.2.3 参数的确定
    3.3 物理模拟实验方案的建立
        3.3.1 实验装置
        3.3.2 SEN结构参数的实验方案
    3.4 实验方法
        3.4.1 上液面波动测量
        3.4.2 钢液卷渣模拟
        3.4.3 浸入式水口冲击深度测量
    3.5 物理模拟结果分析
        3.5.1 水口底部结构对结晶器内钢液流动的影响
        3.5.2 水口侧孔面积对结晶器内钢液流动的影响
        3.5.3 水口吹气对结晶器内钢液流动的影响
        3.5.4 水口插入深度对结晶器内钢液流动的影响
        3.5.5 断面宽度对结晶器内钢液流动的影响
    3.6 本章小结
第四章 结晶器钢液流动的数学模拟研究
    4.1 结晶器钢液流动数值计算原理及过程
    4.2 结晶器内钢液的数学模拟计算
        4.2.1 基本假设
        4.2.2 流体力学基本控制方程
        4.2.3 离散相模型
        4.2.4 确定边界条件
        4.2.5 模型的建立及网格划分
    4.3 各因素对结晶器内钢液流动的影响
        4.3.1 水口侧孔结构对结晶器内钢液流动的影响
        4.3.2 水口插入深度对结晶器内钢液流动的影响
        4.3.3 断面宽度对结晶器内钢液流动的影响
    4.4 各因素对结晶器内温度场的影响
        4.4.1 水口侧孔结构对结晶器内温度场的影响
        4.4.2 水口插入深度对结晶器内温度场的影响
        4.4.3 断面宽度对结晶器内温度场的影响
    4.5 各因素对结晶器内夹杂物去除的影响
        4.5.1 结晶器内钢液流动及夹杂物行为基本特征
        4.5.2 夹杂物颗粒数量对夹杂物去除的影响
        4.5.3 夹杂物颗粒密度对夹杂物去除的影响
        4.5.4 夹杂物颗粒加入位置对夹杂物去除的影响
        4.5.5 夹杂物颗粒直径对夹杂物去除的影响
        4.5.6 水口插入深度对夹杂物去除的影响
        4.5.7 断面宽度对夹杂物去除的影响
        4.5.8 不同水口结晶器夹杂物去除率的比较
    4.6 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文
论文包含图表、公式及参考文献


【参考文献】：
期刊论文
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[3]FTSC薄板坯连铸结晶器流场数值模拟[J]. 冯慧霄,艾立群,曹晓明,杨晓江.  中国冶金. 2006(05)
[4]薄板坯连铸结晶器内涡流及卷渣行为的研究[J]. 陈芝会,王恩刚,王清成,刘全利,赫冀成.  炼钢. 2005(05)
[5]多流连铸中间包内钢液流动特性的分析模型[J]. 郑淑国,朱苗勇.  金属学报. 2005(10)
[6]板坯连铸结晶器内保护渣模拟方法的研究[J]. 薛伟锋,文光华,唐萍,何宇明,陈文满,赵正平.  钢铁研究. 2005(03)
[7]唐钢FTSC工艺薄板坯连铸结晶器温度场分析[J]. 杨杰,杨晓江,杜洪波,孙彩军.  河北冶金. 2005(02)
[8]我国连续铸钢技术的发展状况和趋势[J]. 张兴中.  钢铁研究学报. 2004(06)
[9]连铸技术发展[J]. 蔡开科.  山东冶金. 2004(01)
[10]连铸结晶器液位波动的数值模拟[J]. 谭利坚,沈厚发,柳百成,刘晓,徐荣军,李永全.  金属学报. 2003(04)



本文编号：3440734