重钢3～#机大方坯连铸中间包流场研究与应用

论文摘要

为了进一步提高连铸效率和满足用户对高质量产品的需求,近年来冶金工作者采取了一系列措施来强化和扩大中间包的冶金功能,其重要措施之一就是在中间包内设置适当形式的控流装置,使之形成合理的流场,一方面促进夹杂物充分上浮,同时也为钢液温度和成分的均匀化创造有利条件。　论文结合重钢炼钢厂3~#方坯连铸机中间包的实际情况,采用水力学物理模拟和数值计算相结合的研究方法,确定中间包内控流装置设置最佳方案。根据相似理论,在选择弗鲁德准数相似和实验模型与原型的几何相似比为1:3 条件下,建立实验模型,进行水力学模拟实验;同时根据连续性方程和动量方程建立描述中间包内流体流动的数学模型,采用FLUENT商业软件进行数值计算。通过水模实验和数值模拟,发现挡墙设置对3~#机大方坯连铸中间包内钢液流动模式具有重要影响。设置合理的挡墙结构,形成合理的钢液流动形态,将充分发挥中间包的冶金效果。在所实验的多种挡墙结构形式中,以13~#挡墙形式能较好地达到排除夹杂物和保证各流温度均匀的效果。由此,提出了13~#挡墙为重钢3~#方坯连铸机中间包工业性生产应用方案。研究对中间包操作过程中的相关参数进行了设置:中间包的工作液位为740mm,中间包浇注末期最低浇注液面必须大于67mm,不同换包时间(2～7 分钟)对应的换包液位为400～735mm。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 连续铸钢在国内外的发展状况
• 1.1.1 国外连铸技术的发展
• 1.1.2 我国连铸发展概况
• 1.2 中间包作用及功能
• 1.2.1 中间包的作用
• 1.2.2 中间包的冶金功能
• 1.3 多流中间包内钢液流动行为模拟方法
• 1.3.1 多流中间包内钢液流动行为物理模拟
• 1.3.2 多流中间包内钢液流动行为数值模拟
• 1.4 本课题来源及主要任务
• 2 中间包内钢液流动行为的数理模拟研究
• 2.1 水力学物理模拟
• 2.1.1 实验装置
• 2.1.2 实验研究方法
• 2.1.3 实验结果数据处理及软件
• 2.1.4 实验方案及内容
• 2.2 数值模拟
• 2.2.1 数学模型的基本方程
• 2.2.2 控制数学模型基本方程的边界条件
• 2.2.3 计算方法
• 2.2.4 FLUENT软件简介
• 2.2.5 有限体积法简介
• 2.2.6 计算内容及条件
• 2.3 本章小结
• 3 中间包内钢液流动物理模拟结果与讨论
• 3.1 停留时间分析
• 3.2 流动模式分析
• 3.3 温度测量结果分析
• 3.4 正交实验结果分析
• 3.5 优化控流装置对中间包流场的影响
• 3.5.1 常规拉速下实验结果对比
• 3.5.2 高拉速下实验结果对比
• 3.5.3 中间包内夹杂物去除效果比较
• 3.5.4 中间包流场比较
• 3.6 中间最终挡墙设计方案的确定
• 3.7 中间包工作参数设定
• 3.7.1 起旋高度的确定
• 3.7.2 中间包换包液位的确定
• 3.7.3 中间包工作液位的确定
• 3.8 中间包水模研究小结
• 4 中间包内钢液流动数值模拟结果及分析
• 4.1 中间包内三维流场计算结果分析
• 4.2 中间包内代表截面流场计算结果分析
• 4.3 中间包挡墙模拟结果比较
• 4.3.1 中间包内无控流装置
• 4.3.2 中间包内设置原控流装置
• 4.3.3 中间包内设置挡渣墙
• 4.4 中间包内流场计算结果小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附页
• 附录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书