连铸中间包卷渣临界液位的研究

论文摘要

在中间包停浇过程中,随着液面的下降在出水口上方形成的汇流旋涡能把液面上的渣卷入钢液内部,恶化了钢水的质量,导致铸坯的质量下降,金属收得率降低。本文通过数值模拟和物理模拟的方法对中间包停浇过程中汇流旋涡的形成过程进行了研究,分析了钢水和保护渣的密度和粘度、渣层厚度、出流口直径、塞棒高度、铸流关闭顺序等因素对中间包停浇过程中出现卷渣的临界液位的影响。本文运用流体计算软件FLUENT6.3.26进行数值模拟。首先建立了五流中间包的三维几何模型,对流场区域进行了网格化,数学模型选用RNG k-ε湍流模型结合采用VOF多相流模型,设定好边界条件和初始条件后对中间包停浇过程进行了模拟计算。数值模拟结果表明汇流旋涡是由下而上形成和发展的,对汇流旋涡卷渣进行防止和抑制必须在近出流口区域采取措施。通过对不同条件下的中间包停浇过程进行数值模拟研究了卷渣临界液位的影响因素,得出：增大钢水密度、保护渣密度和粘度、降低钢水粘度有利于降低卷渣临界液位；铸流关闭顺序对钢水卷渣有一定影响,选择合理的关流顺序有助于降低卷渣临界液位。渣层厚度增加50mm,卷渣临界液位下降了17.4mm;中间包水口直径增加60mm,卷渣临界液位升高了22.1mm、塞棒高度下降40mm,卷渣临界液位降低了14.9mm。因此增加渣层厚度,减小水口直径,降低塞棒高度能有效降低中间包卷渣临界液位。最后通过水模型实验验证了数值模拟的结果,对不同水口直径的中间包进行了水模实验,得出水口直径分别为60mm和90mm的中间包卷渣液位分别为81.5mm和95.5mm。对比数值模拟的结果,最大误差为7.3%,可知水模实验和数值模拟的结果基本一致,表明数值模拟能较好的模拟中间包停浇过程中的汇流旋涡卷渣过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 中间包内钢液卷渣及其控制的研究现状
• 1.2.1 钢水浇注卷入渣的危害
• 1.2.2 当前研究现状
• 1.3 课题的研究内容与方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.3 研究方法
• 第2章 中间包汇流旋涡形成的数值模拟
• 2.1 数学模型的建立
• 2.1.1 模型的假设条件
• 2.1.2 控制方程与所用模型
• 2.1.3 边界条件的处理
• 2.2 几何模型和材料物性参数的确定
• 2.2.1 相似原理
• 2.2.2 几何模型的确定
• 2.2.3 材料物性参数的选取
• 2.3 数值模拟计算软件
• 2.4 中间包汇流旋涡流动特征的模拟
• 2.4.1 中间包模拟结构和初始条件
• 2.4.2 旋涡卷渣特征参数的选取
• 2.4.3 汇流旋涡模拟结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 影响钢水卷渣的因素分析
• 3.1 钢水卷渣的临界条件
• 3.2 影响钢水卷渣的因素
• 3.3 钢水和保护渣物性参数对旋涡卷渣的影响
• 3.3.1 钢水的密度和粘度
• 3.3.2 保护渣的密度和粘度
• 3.3.3 渣层厚度对旋涡卷渣的影响
• 3.4 工艺参数对旋涡卷渣的影响
• 3.4.1 中间包水口直径对旋涡卷渣的影响
• 3.4.2 塞棒对旋涡卷渣的影响
• 3.4.3 铸流关闭顺序对旋涡卷渣的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 中间包汇流旋涡卷渣水模型实验研究
• 4.1 实验的目的和方法
• 4.1.1 实验目的
• 4.1.2 相似性分析
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 实验装置
• 4.2.1 中间包模型
• 4.2.2 图像采集装置
• 4.2.3 液位测量装置
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 初步实验结果分析
• 4.3.2 中间包水口直径对旋涡卷渣的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢