宽板坯结晶器浸入式水口优化的数值模拟

论文摘要

本文以宝钢220×（1350～2300）mm2、300×（1500mm～2300）mm2断面的宽板坯连铸结晶器为原型,基于商用软件FLUENT操作平台,采用连续性方程和动量方程以及能量方程建立数学模型,模拟研究了结晶器内钢水流动和传热行为,重点针对生产中存在的铸坯表面纵裂纹问题开展了结晶器浸入式水口结构参数的优化研究。研究结果表明:原有水口上循环弱,热交换慢,保护渣融化不均匀导致铸坯出现裂纹。针对原水口存在的问题,通过改变水口形状、中孔侧孔面积比及底部形状,设计了五种新水口方案,通过模拟择优选出了两个最适合现有工艺条件下浇注的浸入式水口。220mm厚结晶器使用扁形、侧孔倾角-15°、底部形状为凸底的水口;300mm厚结晶器使用圆形、侧孔倾角-15°、底部形状为平底的水口。采用新水口浇铸时,结晶器内钢液流动稳定,温度分布均匀,有利于改善宽板坯质量具有积极的作用。现场试验结果表明,使用优化的水口,液渣分布均匀,铸坯表面纵裂纹减少了30%以上,纵裂纹报废率为0,水口使用效果良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 板坯连铸技术发展现状
• 1.2 结晶器内钢液流动行为
• 1.2.1 结晶器内钢液流动研究
• 1.2.2 结晶器内钢液流场基本特征
• 1.2.3 结晶器内钢液流动对铸坯质量的影响
• 1.2.4 浸入式水口结构参数对结晶器流场的影响
• 1.2.5 国内外研究现状
• 1.3 课题研究目的、意义及主要内容
• 1.3.1 研究的目的和意义
• 1.3.2 研究的主要内容
• 2 结晶器钢液流动模型建立与验证
• 2.1 基本原理
• 2.2 基本假设
• 2.3 控制方程
• 2.3.1 流体流动模型
• 2.3.2 传热模型
• 2.3.3 物质传输模型
• 2.3.4 夹杂物运动轨迹模型
• 2.4 边界条件设置
• 2.4.1 水口入口处
• 2.4.2 对称面和出口
• 2.4.3 结晶器液面
• 2.4.4 结晶器壁面
• #宽板坯连铸结晶器模型的建立'>2.5 宝钢3^#宽板坯连铸结晶器模型的建立
• 2.5.1 结晶器计算区域的建立
• 2.5.2 板坯连铸结晶器流场的基本特征
• 2.5.3 水力学模型对数学模型的验证
• 2.6 本章小结
• 3 结晶器内钢液流动的数值模拟研究
• 3.1 现场调研目的和内容
• 3.1.1 调研目的
• 3.1.2 调研内容
• 3.2 现用水口的评价
• 3.2.1 200mm 厚结晶器不同断面流场模拟
• 3.2.2 220mm 不同断面温度场模拟
• 3.2.3 液面附近温度速度分析
• 3.2.4 300mm 不同断面流场模拟
• 3.2.5 300mm 不同断面温度场模拟
• 3.2.6 液面温度和速度分析
• 3.3 待用水口的评价
• 3.3.1 不同断面流场模拟
• 3.3.2 不同断面温度场模拟
• 3.4 新水口的设计
• 3.4.1 220mm 断面新水口数值模拟
• 3.4.2 300mm 断面新水口数值模拟
• 3.5 最优水口与原用水口的比较
• 3.5.1 220mm 厚断面的比较
• 2 断面的比较'>3.5.2 300×2300mm²断面的比较
• 3.5.3 夹杂物的模拟
• 3.6 本章小结
• 4 结晶器水口优化前后工艺跟踪及效果分析
• 4.1 优化水口试验结果分析
• 4.2 220mm 厚度结晶器优化水口实验结果分析 4.2.1 液渣分布情况分析
• 4.2.1 液渣分布情况分析
• 4.2.2 铸坯质量检测结果分析
• 4.3 300mm 厚度结晶器优化水口实验结果分析
• 4.3.1 液渣分布情况分析
• 4.3.2 铸坯质量检测结果分析
• 4.4 小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表的论文