通道式感应加热中间包内夹杂物碰撞长大去除行为

发布时间：2022-07-03 16:59

　　由于夹杂物的尺寸增大和数量增加,钢材制品的质量明显降低,性能明显恶化。现代钢铁的生产中,钢水的制备在成分控制的同时,还面临着一个重要任务:降低夹杂物含量。感应加热有利于夹杂物的碰撞长大去除,而且对于连铸过程中钢液存在的较大热损失,能够进行有效的补偿,因此得到了越来越广泛地应用。本文针对双通道式感应加热中间包,以感应加热技术为依托,研究无感应加热与有感应加热情况下,中间包内钢液流动多物理场的分布情况以及夹杂物的碰撞长大去除情况。基于有限元方法,分析了中间包内磁场、感应电流、电磁力和焦耳热分布;将电磁力和焦耳热作为源项导入动量和能量守恒方程,基于有限体积法,得到通道式感应加热中间包的速度场和温度场;基于浓度扩散模型的思想,通过具有质量守恒和数量守恒特性的夹杂物输运模型,选择夹杂物的体积浓度、数量密度和特征半径三个指标来描述钢液中夹杂物的碰撞长大去除情况,并进一步探讨顶渣、固体边界对夹杂物的吸附情况等。研究结果表明:（1）通道式感应加热中间包能促进钢液上浮运动,有利于减轻通过中间包通道的钢液对其正前方壁面的冲击以及促进钢液的充分混合,而且能有效地补偿由于壁面而造成的热损失。（2）中间包长水口... 

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 连铸技术的发展及优越性
    1.2 中间包冶金
        1.2.1 中间包简介
        1.2.2 中间包在连铸中的作用
        1.2.3 中间包内钢液的流动特性
    1.3 感应加热技术
        1.3.1 国外中间包感应加热技术的发展
        1.3.2 国内中间包感应加热技术的发展
        1.3.3 通道式感应加热的基本原理
        1.3.4 通道式感应加热技术的特点
        1.3.5 通道式感应加热中间包的结构
    1.4 中间包去除夹杂物技术
        1.4.1 夹杂物的来源
        1.4.2 夹杂物的去除理论
        1.4.3 促进夹杂物去除措施
    1.5 本课题的研究内容
第2章 中间包内传输行为的数值模拟现状
    2.1 引言
    2.2 主要数值解法
        2.2.1 数值解法
        2.2.2 SIMPLE算法
    2.3 商业软件
        2.3.1 ANSYS软件
        2.3.2 CFX软件
    2.4 中间包内钢液流动行为研究
    2.5 中间包内钢液温度分布研究
    2.6 中间包内夹杂物运动研究
第3章 感应加热中间包内钢液流动行为
    3.1 引言
    3.2 研究内容与目的
    3.3 物理模型及边界条件
        3.3.1 物理模型
        3.3.2 边界条件
    3.4 数学模型
        3.4.1 基本假设
        3.4.2 磁场控制方程
        3.4.3 流场控制方程
        3.4.4 温度场控制方程
        3.4.5 求解步骤
    3.5 结果与分析
        3.5.1 电磁场分析
        3.5.2 钢液的流场分析
            3.5.2.1 无感应加热
            3.5.2.2 感应加热
        3.5.3 钢液的温度场分析
            3.5.3.1 无感应加热
            3.5.3.2 有感应加热
第4章 感应加热中间包内夹杂物碰撞长大去除行为
    4.1 引言
    4.2 研究内容与目的
    4.3 数学模型
        4.3.1 基本假设
        4.3.2 夹杂物碰撞长大模型
        4.3.3 边界条件
    4.4 入口速度v=0.5m/s时感应加热中间包模拟
        4.4.1 钢液中夹杂物数量密度分析
        4.4.2 钢液中夹杂物体积浓度分析
        4.4.3 钢液中夹杂物半径分析
    4.5 中间包各部位对夹杂物去除的影响分析
        4.5.1 不考虑顶渣、中间包通道和壁面的吸附影响
        4.5.2 只考顶渣吸附的影响
        4.5.3 只考虑中间包通道吸附的影响
        4.5.4 只考中间包虑壁面吸附的影响
    4.6 入口速度对钢液中夹杂物的影响分析
        4.6.1 钢液中夹杂物数量密度分析
        4.6.2 钢液中夹杂物体积浓度分析
        4.6.3 钢液中夹杂物特征半径分析
第5章 结论
参考文献
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]三维点式感应淬火电磁热耦合场数值模拟[J]. 陈浩,秦训鹏,汪舟,高恺.  中国表面工程. 2013(01)
[2]Multiphysics FEM Simulation of Contour Induction Hardening Process on Aeronautical Gears[J]. M Spezzapria,F Dughiero,M Forzan,A Candeo.  Journal of Iron and Steel Research（International）. 2012(S1)
[3]连铸中间包通道式感应加热设备设计与应用现状[J]. 孙海波,闫博,张家泉.  上海金属. 2012(01)
[4]连铸中间包通道式感应加热技术[J]. 毛斌,陶金明,蒋桃仙.  连铸. 2008(05)
[5]板坯连铸机内钢液流动和夹杂物碰撞长大行为[J]. 雷洪,赫冀成.  金属学报. 2007(11)
[6]底吹中间包内钢液及夹杂物运动特性的数模研究[J]. 张美杰,汪厚植,黄奥,顾华志,刘定群.  武汉科技大学学报(自然科学版). 2006(01)
[7]中间包吹氩技术的研究进展[J]. 张美杰,汪厚植,顾华志,黄奥,朱永军.  炼钢. 2005(06)
[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]连铸中间包中夹杂物聚合与去除的数学模型[J]. 张邦文,邓康,雷作胜,任忠鸣.  金属学报. 2004(06)
[10]Design optimization of flow control device for multi-strand tundish[J]. Yanping Bao BomeiXu, Guolin Liu Feng Yue and Xinxia Qi1) Metallurgical Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China2) Anyang Iron and Steel Co. Ltd., Henan 455004, China.  Journal of University of Science and Technology Beijing（English Edition）. 2003(02)



本文编号：3655282