单流板坯连铸中间包流体流动控制研究

摘要

本课题分别采用物理模拟和数学模拟研究了流体在单流板坯连铸中间包内的流动，优化了中间包的控流装置，得到了最佳的中间包结构。
　　在原方案中间包结构下，流体流动不合理，流体流动的最小停留时间、峰值浓度时间和平均停留时间均较短，中间包内存在较大的死区，死区体积分数达到36％，使中间包的有效体积大大减小，不利于钢液中夹杂物的上浮去除。
　　在该中间包内使用不带顶檐的湍流控制器控流效果好于带顶檐的湍流控制器，增加湍流控制器的出口面积，可以使流体流到更大区域;同时，减小挡坝距中间包水口的距离(S1)和堰底距包底的距离(H1），增加堰、坝间的距离(S2)和挡坝的高度(H2），可以增加钢包注流冲击区的体积，增加流体在中间包内的流动路径，延长钢液在中间包内的停留时间，降低中间包内的死区体积。
　　C17方案为实验得到的最佳中间包结构，流体在中间包内的最小停留时间、峰值浓度时间和平均停留时间分别比原方案提高了30％、117％和33％，死区体积分数降到了14％，比原方案降低了61％。优化后的控流装置使中间包内的流体流动更加合理，有利于促进夹杂物的上浮去除。
　　数学模拟结果和物理模拟结果有很好的一致性。数学模拟结果表明，在原方案中间包内钢液流动的速度分布不均匀，在钢液流动缓慢的区域形成死区;在中间包内使用优化后的控流装置，钢液速度分布较均匀，中间包内死区体积明显降低。
　　在原方案中间包内，位于中间包水口上部的区域温度分布不均匀，存在明显的温度梯度，中间包水口侧端墙上部最低温度只有1807K。在最优方案中间包内，中间包水口侧端墙处钢液的低温区明显减小，钢液的最低温度达到1813K，钢液温度大于1819K的区域明显扩大，钢液温度分布更加均匀。
　　在进行中间包结构优化时，应根据中间包的内型特点，采用合适的控流装置，并确定其最佳的安装位置，构成最佳的中间包结构，以获得最佳的中间包流体流动特性，使中间内流体流动有利于其中夹杂物的上浮去除。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 连续铸钢技术

1．1．1 连铸技术的发展

1．1．2 中间包冶金及其在连铸中的作用

1．2 中间包流动控制技术

1．2．1 中间包内部形状

1．2．2 堰和坝

1．2．3 导流隔墙

1．2．4 湍流控制器

1．3 本课题的研究目的和研究内容

1．3．1 本研究的主要目的

1．3．2 本研究的主要内容

第2章 中间包流体流动模拟方法

2．1 中间包物理模拟研究

2．1．1 实验原理

2．1．2 模型中间包参数的确定

2．1．3 实验设备

2．1．4 实验方法

2．1．5 停留时间分布曲线分析

2．2 中间包数学模拟研究

2．2．1 流场模拟

2．2．2 温度场模拟

2．2．3 组分传输模型

2．2．4 网格划分

2．3 本章小结

第3章 物理模拟实验结果

3．1 物理模拟实验方案

3．2 物理模拟实验结果

3．2．1 堰、坝对中间包流体流动的影响

3．2．3 采用不同湍流控制器的各实验方案

3．2．4 最优方案与原方案的比较

3．3 本章小结

第4章 数学模拟实验结果

4．1 流场分析

4．1．1 C0方案流场分析

4．1．2 C18方案流场分析

4．1．3 C19方案流场分析

4．1．4 C17方案流场分析

4．2 温度场分析

4．3 停留时间分布曲线分析

4．4 数学模拟和物理模拟的一致性讨论

4．5 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文

论文包含图表公式及参考文献