中厚板连铸液固温耦合数值模拟

论文摘要

连铸结晶器是连铸设备中的关键部件,被称为连铸机的“心脏”,是连铸坯大多数表面缺陷和内部质量问题的发源地。而连铸过程是一个同时包含凝固、传热、流体流动等涉及到高温和复杂的物理化学现象的综合过程,到目前为止尚无有效手段进行精确地现场动态测试。因此,对连铸过程进行数学模拟就成为预测连铸相关现象、优化连铸生产工艺的有效手段。以唐山中厚板材有限公司连铸工艺和结晶器参数为研究对象,对中厚板结晶器内钢液流动、液面波动和钢水凝固状况等复杂物理现象进行研究,1)利用ANSYS软件提供的六种湍流数值模型,建立流场-温度场耦合模型;2)采用水模型试验对流场进行验证,从而提高模拟的准确性和可靠性;3)利用优化耦合模型,研究连铸和水口工艺参数对中厚板结晶器内钢液行为的影响规律,给出中厚板连铸工艺参数和水口优化工艺参数。研究结果:利用ANSYS软件建立了流场-温度场耦合数学模型,该模型的模拟结果与水模模型试验结果一致。水口浸入深度、拉速、水口出口倾角对流场和温度场有很大影响。随着水口浸入深度的增加,钢液下部回流增强,对结晶器内的下部坯壳冲刷严重,造成坯壳厚度不均,同时结晶器上部液面稳定,不利于保护渣熔化。拉速越大,液面湍动能相应增加,不利于夹杂物上浮和坯壳的形成。水口倾角过大,对初生坯壳的生长不利,水口倾角太小会减缓结晶器上部钢液的流动,造成保护渣熔化不良。合理的中厚板连铸工艺参数:水口浸入深度取0.1400.150m;拉速取1.201.40m/min;水口出口倾角取10°15°。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 中厚钢板生产的发展概况
• 1.1.1 世界中厚板生产技术的发展
• 1.1.2 我国中厚钢板生产的发展
• 1.2 连铸技术概述
• 1.3 连铸过程研究中应用的模拟技术
• 1.4 结晶器在连铸生产过程中的作用和要求
• 1.4.1 结晶器在连铸生产过程中的作用
• 1.4.2 结晶器在连铸生产过程中的要求
• 1.5 连铸结晶器内钢液流场分析
• 1.5.1 结晶器内流场的特点
• 1.5.2 结晶器内流场数值模拟的研究现状
• 1.6 结晶器内钢液传热行为及其影响因素的研究
• 1.6.1 结晶器传热的特点
• 1.6.2 结晶器内温度场和凝固壳数值模拟的研究现状
• 1.7 课题背景及研究内容
• 2 中厚板结晶器内钢液行为数学模型的建立和求解
• 2.1 中厚板结晶器内钢液流场数学模型描述
• 2.1.1 中厚板结晶器流动现象分析
• 2.1.2 中厚板结晶器内钢液流动的基本状况与模型的基本要求
• 2.1.3 中厚板结晶器内流场的假设及其依据
• 2.1.4 控制方程
• 2.1.5 多孔介质运动源项的处理
• 2.2 中厚板结晶器内钢液传热现象分析
• 2.2.1 中厚板结晶器内坯壳形成
• 2.2.2 中厚板结晶器的传热机理
• 2.2.3 控制方程
• 2.2.4 传热参数的处理
• 2.3 ANSYS 软件中的FLOTRAN CFD 简介
• 2.4 数学模拟过程与结果验证
• 2.4.1 基本假设
• 2.4.2 模型求解参数
• 2.4.3 求解区域和边界条件
• 2.4.4 模型的求解结果
• 3 中厚板结晶器内流场模拟结果验证
• 3.1 中厚板结晶器水模型的实验设备
• 3.2 实验流量计算
• 3.3 结晶器内流体的流场
• 3.4 小结
• 4 中厚板结晶器内流场和温度场数学模拟结果分析
• 4.1 数学模拟方案制定
• 4.2 流场和温度场的影响因素
• 4.2.1 水口浸入深度对流场、温度场的影响
• 4.2.2 拉速对流场、温度场的影响
• 4.2.3 水口出口倾角对流场、温度场的影响
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集