薄板坯连铸中间包控流装置优化与吹氩物理模拟

论文摘要

本文以某企业薄板坯连铸中间包为研究对象,依据相似原理,在实验室建立一定相似比的物理模型,系统研究了中间包内堰坝形状、位置,湍流控制器结构以及气幕挡墙安装位置,吹气量大小等对中间包内流体流动特征的影响,实现了中间包控流装置的优化和配置。研究得出以下结论：1)本实验条件下,中间包内以堰—坝组合代替单挡墙后,经系统优化,确定的最优堰—坝组合方式为,堰—水口中心距422mm-522mm,堰—坝中心距290mm-350mm,堰深170mm,坝高200mm。与原方案相比,最小停留时间从42s延长到了52s,峰值时间从183s延长到188s,但死区体积仍较大。2)在堰—坝组合优化基础上,将坝底导流孔截面减少50%,底流明显减小。与优化前相比,最小停留时间从42s延长到了79s,峰值时间从183s延长到了234s,死区体积从26.9%减小到18.3%,流体流动特征显著改善。3)湍流控制器物理模拟实验表明,实验室设计的波浪底大方形湍流控制器在改善中间包流体流动特征参数上效果明显,基本上能取代原型中间包湍流控制器。4)在最优堰—坝组合和湍流控制器基础上增加气幕挡墙,当气幕挡墙位于台阶边缘处,吹气量为0.02m3·h-1时效果最佳,此时中间包流体流动最小停留时间为68s,峰值时间为282s,死区体积分率为13.9%。5)坝上吹气实验表明,当气量为0.04m3·h-1,坝—长水口中心距为862mm时为最佳吹气位置,此时中间包最小停留时间为55s,峰值时间为279s,死区体积分率降低至10.0%。6)在本实验条件下,中间包内利用气幕挡墙代替堰、坝是完全可行的,与常规的堰坝组合相比,吹氩后的特征参数,如最小停留时间和死区体积分率等甚至在一定程度上有所改善。7)在中间包取消堰—坝单独使用双气幕挡墙时,中间包流体最小停留时间达到了62s,峰值时间为214s,死区体积分率22.8%。可见单独使用气幕挡墙的问题仍然是死区体积分率较大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 薄板坯连铸生产发展概述
• 1.2 课题研究背景及意义
• 1.3 课题研究主要内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 中间包冶金及中间包冶金技术
• 2.2 中间包内控流装置分类及作用
• 第3章 物理模拟研究方法
• 3.1 物理模拟实验原理
• 3.2 物理模拟模型参数
• 3.3 物理模拟实验设备
• 3.4 物理模拟实验方法
• 3.5 物理模拟实验步骤
• 3.6 物理模拟实验方案
• 第4章 薄板坯连铸中间包控流装置优化研究
• 4.1 薄板坯连铸中间包堰坝位置优化
• 4.2 堰坝尺寸优化
• 4.3 坝上导流孔尺寸优化
• 4.4 堰坝组合优化流场显示
• 4.5 湍流控制器结构优化
• 第5章 气幕挡墙在薄板坯连铸中间包中应用的物理模拟
• 5.1 气幕挡墙位置和吹气量对流体流动特征的影响
• 5.2 坝上吹气对流体流动特征的影响
• 5.3 气幕挡墙代替坝、堰对流体流动特征的影响
• 5.4 双气幕挡墙代替堰坝组合对流体流动特征的影响
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢