新型控流装置对单流中间包流场影响的模拟研究

摘要

合适的中间包控流装置可以有效优化中间包内的流场，增加中间包夹杂物去除率。本文通过物理模型和数学模型，探究了新型湍流抑制器和带填料的双层挡墙组合方案对中间包流场及夹杂物去除率的影响。主要结论如下:
　　(1)水力学模型的染色实验表明，在中间包冲击区内，湍流抑制器能缓冲长水口流入的钢液，起到抑制湍动能的作用。三种湍流抑制器方案中，月牙型挡块湍流抑制器能在冲击区产生明显的旋流，能有效抑制钢液湍流，减少液面卷渣。三种双层挡墙方案都能在一定程度上减少死区，其中“X型”挡墙方案的死区体积分数最小。
　　(2)RTD曲线表明，相比于原型中间包，月牙型挡块湍流抑制器+“X型”双层挡墙+19mm填料珠的方案是最优方案，活塞区体积分数达到23.55％，明显高于原始中间包的18.95％。相比于原包死区体积分数18.98％，最优方案死区体积分数较小，为16.66％。表明在中间包内设置湍流抑制器和双层挡墙，能优化中间包钢液的流场。
　　(3)夹杂物模拟去除实验表明，同一方案下，粒度分布为20～27μm的模拟粒子的去除率要比粒度分布为5～10μm和11～19μm的模拟粒子去除率高40％以上，这是因为粒度较大的模拟粒子容易上浮去除，而粒度较小的模拟粒子上浮能力有限，不容易上浮去除。各方案对应的去除率的变化规律基本跟整体平均停留时间的变化规律保持一致，整体平均停留时间较长的方案，模拟粒子的去除率也比较高。
　　(4)对中间包数值模拟计算的结果作极差分析，结果表明，挡墙的类型是影响中间包内流场的主要因素，湍流抑制器的类型是次要影响因素，而填料玻璃珠的直径对中间包内流场的影响是最小的。
　　(5)月牙型挡块湍流抑制器+“X型”双层挡墙+19mm填料珠这个方案的综合夹杂物去除效果最好，综合去除率能达到70.27％,这和中间包的最优流场方案是一致的。

目录

声明

摘要

第1章 前言

第2章 文献综述

2．1 中间包在连铸过程中的作用

2．2 中间包冶金控流技术

2．2．1 湍流抑制器

2．2．2 挡渣堰和坝

2．2．3 导流挡墙

2．3 中间包钢液流场的模拟研究

2．3．1 中间包内钢液流场的物理模拟研究

2．3．2 中间包内钢液流场的数学模拟研究

2．4 钢液中夹杂物的去除

2．5 本课题研究目的和内容

2．5．1 研究目的

2．5．2 研究内容

3．1 中间包的参数

3．2 中间包物理模型的建立

3．2．1 物理模型实验原理

3．2．2 边缘检测法

3．3 实验方案

3．3．1 湍流抑制器的种类

3．3．2 双层带填料挡墙的种类

3．3．3 玻璃珠填料

3．4 水模实验结果

3．4．1 水模流场显示实验结果与分析

3．4．2 RTD曲线结果与分析

3．4．3 夹杂物的物理模拟

3．5 本章小结

第4章 中间包数学模拟

4．1 假设条件

4．1．1 流体运动模拟方程

4．1．2 网格划分

4．2 模拟方案

4．3 数学模型验证

4．4 RTD曲线计算结果分析

4．5 流场分析

4．5．1 速度矢量图

4．5．2 流线图

4．5．3 湍动能云图

4．6 夹杂物受力分析

4．7 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

附录