两流T型连铸中间包结构优化研究

论文摘要

本文通过物理模拟和数学模拟对两流T型中间包流体流动控制进行了研究,提出了最佳的中间包结构。根据原型中间包的几何形状和尺寸,在实验室中以1：2.5相似比建立了中间包的模型,保持弗鲁德准数相等进行物理模拟实验。根据连续性方程、动量方程、湍动能方程、湍动能耗散率方程以及能量方程建立描述中间包内流体流动和传热的数学模型,利用大型商业模拟软件FLUENT分别对实验方案1(原方案)、实验方案10和14这三种方案下的中间包流场、温度场进行数值模拟计算。通过物理模拟实验结果可知,实验方案1中间包结构表现为最小停留时间、峰值时间和平均停留时间小,而死区体积分率大。最小停留时间为35s,峰值时间为103s左右,平均停留时间约为273s,活塞流体积分率约为17.8%,死区体积分率为29.5%。同实验方案1相比,采用实验方案10,中间包流体流动特性最小停留时间增加251%,峰值时间增加92%,平均停留时间增加26%,活塞流体积分率扩大133%,死区体积分率减小61%。表明采用湍控器、堰和坝的组合作为该中间包的控流装置,可以大幅度改善中间包的流体流动特性。通过对不同中间包结构对称面、自由液面、水口纵截面以及水口内侧100mm处纵截面的流场的分析,可以看到在原方案中间包结构中,钢液从导流隔墙流出后,在中间包浇注区的液面形成流速较大的流动,在近液面处存在一个较大的回流区；实验方案10的控流装置对连铸中间包内钢液的流动有较大的改善,钢液液面更加平稳,钢液流动轨迹较长,保证钢液在中间包内有足够的停留时间,更利于夹杂物的去除。通过对中间包包体、自由液面、水口截面进行温度场分析,可以看到原方案的中间包的冲击区和浇注区的温度差别大,在浇注区内有一个范围较大的低温区；优化方案中间包内钢液温度沿钢液流动方向逐渐下降,中间包的温度分布更合理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 连铸技术发展概况
• 1.2 本课题研究的目的和意义
• 1.3 本课题的研究内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 中间包冶金学概述
• 2.2 中间包去除夹杂物研究
• 2.2.1 中间包钢液中夹杂物的运动行为
• 2.2.2 中间包钢液的流动状态与夹杂物去除的关系
• 2.2.3 中间包形状对夹杂物去除影响
• 2.3 中间包控流技术
• 2.3.1 大容量中间包
• 2.3.2 中间包采用堰和坝
• 2.3.3 中间包采用湍流控制器
• 2.4 中间包内钢液流动行为模拟方法
• 第3章 两流中间包物理模拟
• 3.1 物理模拟理论和方法
• 3.1.1 实验理论基础
• 3.1.2 实验原理
• 3.1.3 实验模型
• 3.1.4 实验方法
• 3.2 物理模拟结果与分析
• 3.2.1 原型中间包实验结果及分析
• 3.2.2 优化中间包实验结果及分析
• 3.2.3 流动特性比较
• 3.3 小结
• 第4章 两流中间包数值模拟方法
• 4.1 基本假设
• 4.2 基本微分方程
• 4.3 网格划分
• 4.4 边界条件设置
• 第5章 两流中间包数值模拟结果与分析
• 5.1 两流中间包速度场数值模拟结果分析
• 5.1.1 中间包迹线图对比
• 5.1.2 中间包对称面速度场对比
• 5.1.3 中间包自由液面速度场对比
• 5.1.4 中间包水口纵截面速度场对比
• 5.1.5 中间包水口内侧100MM处纵截面速度场对比
• 5.2 中间包温度场数值模拟结果分析
• 5.2.1 中间包整体温度对比
• 5.2.2 中间包对称面温度对比
• 5.2.3 中间包自由液面温度对比
• 5.2.4 两流中间包水口纵截面温度对比
• 5.2.5 两流中间包水口内侧100MM处纵截面温度对比
• 5.3 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 论文包含图表、公式及参考文献