四流大方坯连铸中间包的结构优化研究

论文摘要

中间包是连铸工艺过程中的关键环节之一,无论对于连铸操作的顺利进行,还是对于保证钢水品质的符合需要,都起到十分重要作用。中间包内钢水理想的流动状态,能够延长钢水在中间包内的停留时间、均匀温度、减少卷渣和促进夹杂物的上浮,因而直接影响着连铸坯的质量。近年来冶金工作者采取了一系列措施来强化和扩大中间包的冶金功能,其中的重要措施就是在中间包内设置适当形式的控流装置,使之形成合理的流场。为了配合钢铁公司发展需要,增加品种钢产量,某炼钢厂计划采用现有的大方坯铸机生产品种钢,但目前铸机的四流梯形中间包内未设任何控流装置,难以满足品种钢生产的需要,因而需要对现有中间包进行结构优化。论文结合该钢厂四流大方坯梯形连铸机中间包的实际情况,采用水模拟和数学模拟相结合的数理模拟研究方法,以确定该中间包的最佳控流装置。数模部分,根据连续性方程和动量方程建立描述中间包内流体流动的数学模型,采用FLUENT商业软件进行数值计算,选出较优方案；水模部分,根据相似原理,在弗鲁德准数相等和实验模型与原型的几何相似比为1:4条件下,建立实验模型,最终确定最佳控流方案。结果表明,原型中间包内流体存在较大的死区,且各流间的流动特性差异较大,尤其是近水口的2流、3流处存在明显短路流,不仅造成包内钢水温度分布不均匀,也不利于夹杂物的上浮,影响铸坯洁净度。采用优化后的湍流控制器+导流墙+坝组合控流装置能够显著改善中间包中内钢水的流动状态,使钢水在各流间合理分配,并延长了钢水的平均停留时间,提高活塞流体积分率,降低死区体积分率,均衡了各流间的温度分布,有利于促进铸机生产顺行和铸坯质量的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 本研究目的及意义
• 1.3 本研究内容
• 第二章 文献综述
• 2.1 连续铸造技术的概况
• 2.1.1 连续铸造技术的概况
• 2.1.2 我国连铸技术的发展
• 2.2 中间包冶金
• 2.2.1 中间包的作用
• 2.2.2 中间包冶金技术的发展
• 2.2.3 中间包的研究方法
• 第三章 中间包的数学模拟
• 3.1 数学模拟的基本理论
• 3.1.1 流场计算的基本控制方程
• 3.1.2 数学模拟的求解方法
• 3.1.3 FLUENT软件介绍
• 3.2 本课题中间包的数学模型
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 实验方案
• 3.2.3 计算网格的划分
• 3.2.4 边界条件
• 3.3 数学模拟的实验结果与分析
• 3.3.1 中间包内流场的基本特征
• 3.3.2 流线分布
• 3.4 本章小结
• 第四章 中间包的物理模拟
• 4.1 实验的原理
• 4.1.1 相似理论
• 4.1.2 相似准数
• 4.2 实验设计
• 4.2.1 水模型的建立
• 4.2.2 实验方案
• 4.2.3 实验研究方法及评价指标
• 4.3 中间包流场优化结果
• 4.3.1 停留时间及流动模式分析
• 4.3.2 中间包内流体流动显示分析
• 4.3.4 产生漩涡的临界高度的测定
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢