异型坯连铸结晶器流场和温度场耦合模拟

论文摘要

结晶器内的钢液的流动状态与自由液面波动直接影响初生坯壳的生长,进而对生产顺行和铸坯质量有重要影响。结晶器内钢液的流动特性主要取决于其断面尺寸、拉速、浸入式水口类型及水口工艺参数。针对异型坯结晶器连铸过程特点,利用多相流模型,研究了拉速、直通型水口浸入深度及三侧孔水口的侧孔倾角对结晶器内流场和自由液面的波动的影响。结果表明:采用直通型水口时,随着拉速的增加,结晶器内钢液涡心位置逐渐下移,拉速增大0.2m/min,钢液在结晶器内的冲击深度增大约60mm,表面流速以及液面波高也相应增大;随着浸入深度的增加,钢液在结晶器内的冲击深度增大,流场涡心位置降低,自由液面波高和表面流速也相应减小。采用侧开孔型水口时,随着水口侧孔向上倾角的增大,冲击点位置向上移动,结晶器内表面流速和液面波高相应增大;但当水口倾角增大到15°时,结晶器液面翼缘方向波高差为5.3mm,腹板方向波高差为6.9mm,此时波高差太大,容易卷渣,因此水口倾角不宜超过9°。基于传热与流动的耦合模型,研究了水口形状对结晶器出口坯壳厚度的影响。采用直通型水口时,由于水口距离窄面中心和R角较近,导致在结晶器高度方向450~550mm时钢液冲刷严重,使得凝固的坯壳发生重熔现象,从而导致此处结晶器出口坯壳较薄。采用侧开孔型水口时,在结晶器上部,尤其在结晶器高度方向200mm以上,由于钢液的冲刷,腹板中心和翼缘角部没有形成一定厚度的坯壳,而在300mm左右坯壳逐渐形成并和已凝固坯壳连接到一起;随着结晶器高度的增加,结晶器内形成的坯壳厚度也逐渐增厚,在结晶器出口坯壳的厚度也较均匀。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 异型坯连铸技术简介
• 1.1.1 异型坯连铸技术的发展
• 1.1.2 异型坯连铸的关键技术
• 1.1.3 发展异型坯连铸技术的意义
• 1.2 异型坯连铸用结晶器
• 1.2.1 结晶器在连铸生产过程中的地位和作用
• 1.2.2 结晶器内钢水流动的基本特征
• 1.2.3 结晶器内钢液流场的考察指标
• 1.2.4 结晶器内流场的影响因素
• 1.3 连铸结晶器内钢液行为的数值模拟
• 1.3.1 结晶器内流场及自由液面波动的数值模拟研究现状
• 1.3.2 结晶器内温度场和凝固的数值模拟研究现状
• 1.4 课题来源及研究内容
• 2 结晶器内流场和自由液面波动的数值模拟
• 2.1 多相流模拟介绍
• 2.1.1 多相流分类
• 2.1.2 多相建模方法
• 2.1.3 多相流模型的选择
• 2.2 结晶器内流场和自由液面波动的数学描述
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 数学模型的建立
• 2.2.3 边界条件
• 2.3 不同拉速下结晶器流场和液面波动的耦合计算
• 2.3.1 拉速对冲击深度的影响
• 2.3.2 拉速对表面流速的影响
• 2.3.3 拉速对液面波动的影响
• 2.3.4 拉速对结晶器内流场和液面波动影响的分析总结
• 2.4 不同水口浸入深度下结晶器流场和液面波动的耦合计算
• 2.4.1 水口浸入深度对冲击深度的影响
• 2.4.2 水口浸入深度对表面流速的影响
• 2.4.3 水口浸入深度对液面波动的影响
• 2.4.4 水口浸入深度对结晶器流场和液面波动的影响
• 2.5 不同水口侧孔倾角下结晶器流场和液面波动的耦合计算
• 2.5.1 水口倾角对冲击点的影响
• 2.5.2 水口倾角对表面流速的影响
• 2.5.3 水口倾角对液面波动的影响
• 2.5.4 水口倾角对结晶器流场和液面波动的影响
• 2.6 小结
• 3 结晶器内流场和凝固耦合的数值模拟
• 3.1 凝固/熔化模型介绍
• 3.2 结晶器内流场和凝固耦合的数学描述
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 数学模型的建立
• 3.2.3 边界条件
• 3.3 试验与计算参数
• 3.4 数值模拟及结果分析
• 3.4.1 直通型水口
• 3.4.2 侧孔型水口
• 3.5 小结
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集