大方坯结晶器水口及流场温度场研究

论文摘要

随着现代工业的发展，以往普通规格的方坯难以满足市场的需要，进一步研发大型连铸机，生产出大断面的钢材成为亟需解决的问题。由于结晶器内部的流动状态，传热效果，液面波动以及夹杂物的运动情况等，严重影响着铸坯的质量，所以，对于大方坯冶金行为的研究具有重要的意义。根据大方坯的特点及生产的要求，对连铸机生产过程中所需要的某些关键工艺参数进行了研究，通过模拟结果分析，寻找其合适的工艺参数，具有重要的指导意义和参考价值。首先，采用“薄片法”的思想，对方坯的凝固传热进行了初步研究，分析方坯的温度场以及结晶器出口坯壳的厚度，防止拉漏事故的发生；此外还对水口的结构进行设计，并运用ANSYS软件中流固耦合模块进行强度分析。其次，利用FLUENT软件，建立了大方坯连铸机结晶器内部铸坯的三维模型，运用VOF模型对比分析了四孔水口和五孔水口，在不同浸入深度、不同倾斜角度的流场及其钢渣界面的波动程度。最后，利用FLUENT软件中的多相流模型，对比分析不吹入氩气与吹入氩气对连铸结晶器内流场的影响；同时也利用DPM模型，对结晶器内夹杂物的去除率进行研究，分析夹杂物不同密度、不同数量以及不同加入位置对其去除率的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 连铸技术概述
• 1.1.1 方坯连铸机分类
• 1.1.2 大方坯连铸特点
• 1.1.3 大方坯连铸的发展现状
• 1.2 结晶器内钢液流动研究
• 1.3 结晶器的作用
• 1.4 结晶器内液面波动研究现状
• 1.4.1 钢渣界面的研究现状
• 1.4.2 吹氩气的研究现状
• 1.5 结晶器内夹杂物运动行为的研究
• 1.6 本文研究的内容与意义
• 1.6.1 课题主要研究内容
• 1.6.2 课题研究的意义
• 第2章 大方坯连铸机参数及流体力学理论
• 2.1 大方坯连铸机参数研究
• 2.1.1 大方坯拉坯速度
• 2.1.2 液相穴深度
• 2.1.3 结晶器出口最小安全坯壳厚度
• 2.2 结晶器内浸入式水口设计
• 2.2.1 出口倾角
• 2.2.2 出口面积
• 2.2.3 底部形状
• 2.2.4 浸入深度
• 2.2.5 内腔形状
• 2.3 流场的理论基础
• 2.3.1 连续性介质理论
• 2.3.2 流体的输运性质
• 2.3.3 描述流体的方程
• 2.4 铸坯的凝固理论
• 2.4.1 铸坯凝固的特点
• 2.4.2 结晶器内钢液凝固过程
• 2.5 本章小结
• 第3章 大方坯结晶器铸坯凝固及水口强度分析
• 3.1 结晶器铸坯凝固过程数值模拟
• 3.1.1 模型的基本假设
• 3.1.2 模型的控制方程
• 3.1.3 热物性参数的选择
• 3.1.4 计算结果及分析
• 3.2 结晶器浸入式水口的强度分析
• 3.2.1 ANSYS Workbench 软件介绍
• 3.2.2 模型的基本假设
• 3.2.3 基本方程
• 3.2.4 几何建模及网格划分
• 3.2.5 物性参数的选择
• 3.2.6 计算结果及分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 大方坯结晶器流场的研究
• 4.1 计算流体动力学简介
• 4.2 结晶器内钢水流动及其模型的建立
• 4.2.1 模型的基本假设
• 4.2.2 模型的控制方程
• 4.2.3 几何模型的建立及网格划分
• 4.2.4 边界条件及物性参数
• 4.2.5 计算结果及分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结晶器内吹氩及夹杂物运动行为的研究
• 5.1 结晶器内吹氩钢水流动行为
• 5.1.1 多相流模型
• 5.1.2 模型的假设及控制方程
• 5.1.3 边界条件及初始条件
• 5.1.4 计算结果及分析
• 5.2 夹杂物运动行为的研究
• 5.2.1 离散相模型介绍
• 5.2.2 模型的基本假设
• 5.2.3 模型的控制方程
• 5.2.4 边界条件及初始位置
• 5.2.5 计算结果及分析
• 5.3 夹杂物的性质对其去除率的影响
• 5.3.1 不同密度对夹杂物去除的影响
• 5.3.2 夹杂物的数量对去除率的影响
• 5.3.3 不同加入位置对去除率的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介