170mm厚板坯连铸结晶器流场优化

论文摘要

结晶器是连铸生产过程中净化钢质的最后一个环节,其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。水口结构对于提高铸坯质量和高效生产具有重要意义。合理的结晶器流场可以稳定结晶器钢水液面,防止“卷渣”现象的发生,这对降低铸坯夹杂、铸坯表面裂纹以及减少漏钢起着非常重要的作用。本课题以170mmm厚连铸板坯结晶器为研究对象,研究了浸入式水口侧孔倾角、浸入深度、吹氩以及水口底部开孔对结晶器内钢水流动形态的影响,并用数值模拟对结晶器内流场和温度场进行分析,在此基础上确定优化的工艺参数。针对170mm×1700mm断面板坯结晶器,在拉速分别为1.5m/min吹气量为0.16m3/h的条件下对水口结构和操作参数进行优化,通过模拟实验最终确定使用7#水口较为合理,浸入深度在120mm-140mmm为宜。当浸入式水口吹气量为0.03m3/h时,原方案窄面处波高在浸入深度为57mm（实际120mm）时较高,均值为0.4cm,液面起伏也较大,峰谷差值差达0.45cm,宽面1/4处液面波动剧烈,液面峰谷值差达到0.6cm；使用优化水口后,结晶器窄面处波高降至0.2cm,液面波动也较为平稳,波峰谷值差降至0.24cm,宽面1/4处液面波动得到有效改善,波峰谷值差降至0.2cm以下,液面较为稳定。数学模拟表明,使用7#浸入式水口,结晶器上部温度比原方案上升1K～2K。通过模拟发现,结晶器浸入式水口吹氩改变了结晶器内钢液的流场,进而改变了温度分布。7#浸入式水口不吹氩时上部上回流区温度为1814K-1815K,吹氩时上部温度1818K。使用7#浸入水口,下部回流区中心温度比使用原方案浸入水口下降19K,下部温度显著下降,提高了结晶器凝固坯壳的生长速度,有利于提高拉坯速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 连铸的发展及状况
• 1.2 连铸结晶器在连铸生产中的作用
• 1.3 本课题的主要研究内容、目的及意义
• 1.3.1 本课题研究的目的及意义
• 1.3.2 本课题的主要研究内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 结晶器内钢液流动行为
• 2.1.1 结晶器内钢液流动行为的分析
• 2.1.2 结晶器内钢液流动的主要影响因素
• 2.2 结晶器内钢液流动行为的主要研究方法
• 2.3 结晶器内卷渣行为
• 2.4 结晶器内卷渣的主要研究
• 第3章 结晶器物理模拟研究
• 3.1 实验原理及模型建立
• 3.1.1 相似准则
• 3.1.2 模型参数确定
• 3.2 实验方案
• 3.2.1 结晶器液面波动的测量
• 3.2.2 冲击深度的测量方法
• 3.2.3 钢液卷渣的模拟方法
• 3.2.4 浸入式水口设计方案
• 3.3 物理模拟结果与讨论
• 3.3.1 浸入式水口侧孔角度对结晶器内的流场的影响
• 3.3.2 浸入式水口底部开孔对结晶器内的流场的影响
• 3.3.3 吹气对结晶器内的流场和液面波动的影响
• 3.3.4 浸入式水口浸入深度对结晶器内的流场的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 结晶器数学模型研究
• 4.1 结晶器内钢液流动数学模型
• 4.1.1 结晶器内钢液流动基本假设
• 4.1.2 流动基本方程
• 4.1.3 离散相模型
• 4.2 边界条件
• 4.3 数值模拟参数和计算区域网格划分
• 4.4 结晶器模拟计算结果与分析
• 4.4.1 结晶器速度场模拟
• 4.4.2 结晶器温度场模拟
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 论文包含图表、公式及参考文献