板坯连铸结晶器三维流场模拟仿真研究

发布时间：2024-03-31 09:39

　　采用Fluent数值模拟软件计算了稳态三维板坯结晶器流场。模拟得到流股到达窄面后沿上下分流形成两个回流区。分析了上液面流速、钢液冲击点、上下涡心位置对流场的影响。模拟计算了不同拉速、铸坯宽度、水口浸入深度、水口测孔倾角下结晶器流场分布,定量分析了流场参数并对参数进行了优化。得出当拉速为1.4 m/min、铸坯宽度为1.2 m、水口浸入深度为180 mm、水口的侧孔倾角为15°时结晶器流场最为合理,铸坯质量能够得到保证。

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【部分图文】：

图1结晶器几何模型及网格划分

以某钢铁厂结晶器为模型，浸入式水口深度为180mm，水口内/外径为50/64mm，水口倾角15°，水口侧孔直径50mm。大多连铸工艺得到的板坯近似为对称矩形，为了简化计算，只研究计算结晶器的1/4区域。以结晶器自由液面的中心点为原点，取板坯的宽面方向为X轴，窄面方向为Y轴，....

图2结晶器边界条件设置

结晶器液面、中心对称面、结晶器底面出口上的所有变量的法向方向梯度和速度分量为零。结晶器与水口的壁面设为无滑移边界条件。靠近结晶器壁上的点的分量由标准壁面函数确定。边界条件设定如图2所示。使用SIMPLE算法，保持各松弛因子不变，压力求解格式为Standard，动量方程、湍动能方程....

图3完整上液面速度分布

图3为结晶器完整上自由液面钢液的流场分布云。通过图3可以得到结晶器上液面的最高流速Vtop=0.49m/s。上液面流速太小会使钢液更新更慢，不利于保护渣的熔化，润滑效果降低，气隙也不能被充分填充，导致热阻大冷却效率低。而过大的流速会使钢液表面产生较大波动，容易引起钢液卷渣和裸露....

图4结晶器1/2宽面速度矢量

图4为结晶器1/2宽面速度矢量。从图4可以看出钢液从浸入式水口喷射而出，在结晶器内冲击到窄面后由于惯性作用使得结晶器内部出现上下两个漩涡。侧孔流出钢液对窄面的冲击点到自由液面的距离为冲击深度，h1=412mm。冲击深度小有利于钢液中的气泡和夹杂物的上浮去除，也有利于加入的保护渣....

本文编号：3943810