薄板坯连铸结晶器中的流动控制研究
发布时间:2021-11-19 23:22
本文采用物理模拟和数值模拟相结合的方法对薄板坯连铸结晶器新型浸入式水口对结晶器内流场优化、对卷渣行为的影响等方面进行研究。研究并验证了新型耗散型浸入式水口的控流效果和应用的可行性。首先通过调研近些年来有关结晶器浸入式水口的研究进展,明确了优化浸入式水口结构的研究方向。然后评估了三种在计算结晶器内卷渣行为时应用的数学模型,分析验证了各个数学模型的应用效果。本文对雷诺平均方法(RANS)、大涡模拟模型(LES)和近来备受关注的新型分离涡(DES)数学模型进行了评估。结果表明,分离涡模型(DES)在浸入式水口和结晶器内湍流流动的仿真方面比雷诺平均数学模型(RANS)和大涡模拟模型(LES)表现出明显的优越性。针对物理模拟实验结晶器内钢渣两相流的问题,跟据白金汉π定理对物理模拟需要满足的相似准则进行了推导,得出应满足We,Re,Fr,ρ1/ρ2,η1/η2这些参数均相似。对日常生活中能够接触到实验用油进行了对比分析,找到能够最大程度满足结晶器卷渣现象水模拟实验需要的最佳用油(硅油AK 0.65,密度比~1.3),并依据其与水的界面张力确定了水模型相似比(λ=0.5)。对结晶器内发生卷渣的主要形...
【文章来源】:北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:126 页
【学位级别】:博士
【部分图文】:
图2-1连铸结晶器内工艺原理示意图??长期以来,对连铸过程结晶器的研究和优化设计中,物理模拟和数学模??
?薄板坯连铸结晶器中的流动控制研宄???F?=?pQLV!;{l-sme')?/(4D)?(1-1)??式中:p-钢水的密度,kg/m3;?钢水的流量,m3/s;?0-注流撞击窄面的??角度,°;?注流的撞击速度,m/s;?撞击点距自由面之间的距离,m。??授入式木口?结品器窄'面??Y??图2-2?F数的物理意义示意图??他们的研宄表明,F数在2?4时,结晶器钢水卷渣最不容易发生,铸坯??及冷乳乳板的表面缺陷最校??综上可知:利用水模型对结晶器内流体流动和自由液面波动现象进行研??宄,具有直观、可动态实时地进行控制测量等优点,己成为普遍接受和广泛??采用的研宄方法。但也存在着不足,如:受模型及水物性的限制,水模型不??能准确模拟高温下流体的运动特点;钢水在结晶器内流动的过程中,受冷却??作用,温度是不均匀分布的,而水模型很难模拟出温度差对流动的作用等等;??受实验条件限制,对采用如:电磁搅拌及电磁制动等先进技术时结晶器内流??场的模拟也是相当困难的。为了全面地考察结晶器内钢液的流动情况,还需??要建立数学模型进行更深入的研宄。??2.1.2结晶器内钢水流动行为的数值模拟研究??数学模型可以对流动状态进行预测,它可以把模型实验所观察到的现象??定性或定量地转换成实际流动过程,为冶金容器的设计和制定合理的冶金工??艺制度提供依据。随着连铸技术的广泛发展和应用,近年来国内外冶金界高??度重视结晶器内流场的研宄,关于结晶器内流场的研宄己有大量文献报道:??张炯明[15],赫冀成[16],朱苗勇[17,18],文光华[19,2Q]等采用数值模拟法研宄了结??晶器内钢液的流动情况,分析了浸入式水口的设计参数和
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【参考文献】:
期刊论文
[1]钢包长水口内小气泡形成的研究现状与展望[J]. 樊安源,文光华,李敬想,唐萍. 炼钢. 2015(02)
[2]Large-eddy simulation: Past, present and the future[J]. Yang Zhiyin. Chinese Journal of Aeronautics. 2015(01)
[3]中间包导流挡板设计与冶金效果[J]. 许长军,胡小东,胡林,汪琦,轩宗宇,王欣,陈兴伟. 炼钢. 2013(01)
[4]带有特殊结构的长水口[J]. 周川生,刘宇,程再晗. 连铸. 2011(S1)
[5]中间包数值物理模拟优化及冶金效果[J]. 冯捷,包燕平,唐德池. 钢铁. 2011(07)
[6]钢包长水口形状对中间包内钢液流动特性的影响[J]. 文光华,黄永锋,唐萍,祝明妹. 重庆大学学报. 2011(03)
[7]单侧孔长水口优化异型四流中间包流场[J]. 鲍家琳,赵岩,雷洪,张秀香,耿佃桥,赫冀成. 材料与冶金学报. 2011(01)
[8]中间包底吹氩水模型试验及冶金效果[J]. 崔衡,唐德池,包燕平. 钢铁钒钛. 2010(01)
[9]连铸中间包内部结构优化的数理模拟及冶金效果[J]. 唐海燕,于满,李京社,包燕平,蒋静,吉传波,李涛. 北京科技大学学报. 2009(S1)
[10]复合结构长水口热应力有限元分析[J]. 刘辉敏,李红霞,孙加林,王金相. 硅酸盐学报. 2009(12)
博士论文
[1]钢包长水口应用于中间包湍流控制的基础研究与实践[D]. 张江山.北京科技大学 2017
硕士论文
[1]免预热长寿命长水口的研制[D]. 王建筑.西安建筑科技大学 2012
[2]新型连铸水口密封元件的制备及应用[D]. 李凯.东北大学 2008
本文编号:3506089
【文章来源】:北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:126 页
【学位级别】:博士
【部分图文】:
图2-1连铸结晶器内工艺原理示意图??长期以来,对连铸过程结晶器的研究和优化设计中,物理模拟和数学模??
?薄板坯连铸结晶器中的流动控制研宄???F?=?pQLV!;{l-sme')?/(4D)?(1-1)??式中:p-钢水的密度,kg/m3;?钢水的流量,m3/s;?0-注流撞击窄面的??角度,°;?注流的撞击速度,m/s;?撞击点距自由面之间的距离,m。??授入式木口?结品器窄'面??Y??图2-2?F数的物理意义示意图??他们的研宄表明,F数在2?4时,结晶器钢水卷渣最不容易发生,铸坯??及冷乳乳板的表面缺陷最校??综上可知:利用水模型对结晶器内流体流动和自由液面波动现象进行研??宄,具有直观、可动态实时地进行控制测量等优点,己成为普遍接受和广泛??采用的研宄方法。但也存在着不足,如:受模型及水物性的限制,水模型不??能准确模拟高温下流体的运动特点;钢水在结晶器内流动的过程中,受冷却??作用,温度是不均匀分布的,而水模型很难模拟出温度差对流动的作用等等;??受实验条件限制,对采用如:电磁搅拌及电磁制动等先进技术时结晶器内流??场的模拟也是相当困难的。为了全面地考察结晶器内钢液的流动情况,还需??要建立数学模型进行更深入的研宄。??2.1.2结晶器内钢水流动行为的数值模拟研究??数学模型可以对流动状态进行预测,它可以把模型实验所观察到的现象??定性或定量地转换成实际流动过程,为冶金容器的设计和制定合理的冶金工??艺制度提供依据。随着连铸技术的广泛发展和应用,近年来国内外冶金界高??度重视结晶器内流场的研宄,关于结晶器内流场的研宄己有大量文献报道:??张炯明[15],赫冀成[16],朱苗勇[17,18],文光华[19,2Q]等采用数值模拟法研宄了结??晶器内钢液的流动情况,分析了浸入式水口的设计参数和
?薄板坯连铸结晶器中的流动控制研究???0.5?m/s???H?1.0?n/s?I?H?1?5?nr/s?I?,??___??.::-::::?..;:;ip::::?^^:;l??.::邏?t-:;::?':!?Rn___-im??U.3?m/mm.?1.0?m^min?15?m/rmr.??图2-5拉速对结晶器内流场的彩响??^?J?^??〇(>14?in?(3^"i?wide?molrl?**?I?S?*l?m?i?2"?v%ii1f?mold??图2-6结晶器宽度对结晶器内流场的影响??B.G.?Thomas和L.J.?Mika[26]采用FIDAP有限元模型计算了浸入式水口及??板坯连铸结晶器内钢液的流动情况。系统分析了计算区域的出口边界条件、??入口边界条件、水口倾角、浸入深度、拉速及板坯断面宽度对流场的影响。??S.?Hintikka?和?K.?Leiviskal27]采用?FIDAP?和?FLUENT?软件将浸入式水口??的计算结果和结晶器内钢液的模拟计算结合起来,研究表明:水口出口射流??的平均角度要比水口的设计角度下倾10°? ̄40°;拉速是影响夹杂物上浮和结??晶器液面波动的最主要的因素;水口的浸入深度对弯月面的波动有很大的影??响。??HUABAI和BRIAN?G.?Thomas[28]采用三维数学模型计算了浸入式水□内??-6?-??
【参考文献】:
期刊论文
[1]钢包长水口内小气泡形成的研究现状与展望[J]. 樊安源,文光华,李敬想,唐萍. 炼钢. 2015(02)
[2]Large-eddy simulation: Past, present and the future[J]. Yang Zhiyin. Chinese Journal of Aeronautics. 2015(01)
[3]中间包导流挡板设计与冶金效果[J]. 许长军,胡小东,胡林,汪琦,轩宗宇,王欣,陈兴伟. 炼钢. 2013(01)
[4]带有特殊结构的长水口[J]. 周川生,刘宇,程再晗. 连铸. 2011(S1)
[5]中间包数值物理模拟优化及冶金效果[J]. 冯捷,包燕平,唐德池. 钢铁. 2011(07)
[6]钢包长水口形状对中间包内钢液流动特性的影响[J]. 文光华,黄永锋,唐萍,祝明妹. 重庆大学学报. 2011(03)
[7]单侧孔长水口优化异型四流中间包流场[J]. 鲍家琳,赵岩,雷洪,张秀香,耿佃桥,赫冀成. 材料与冶金学报. 2011(01)
[8]中间包底吹氩水模型试验及冶金效果[J]. 崔衡,唐德池,包燕平. 钢铁钒钛. 2010(01)
[9]连铸中间包内部结构优化的数理模拟及冶金效果[J]. 唐海燕,于满,李京社,包燕平,蒋静,吉传波,李涛. 北京科技大学学报. 2009(S1)
[10]复合结构长水口热应力有限元分析[J]. 刘辉敏,李红霞,孙加林,王金相. 硅酸盐学报. 2009(12)
博士论文
[1]钢包长水口应用于中间包湍流控制的基础研究与实践[D]. 张江山.北京科技大学 2017
硕士论文
[1]免预热长寿命长水口的研制[D]. 王建筑.西安建筑科技大学 2012
[2]新型连铸水口密封元件的制备及应用[D]. 李凯.东北大学 2008
本文编号:3506089
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