攀成钢四流圆坯中间包控流装置数理模拟研究及应用

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,其中重要措施之一就是在中间包内设置恰当的控流装置,使中间包内的流场更加合理,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创造有利条件。论文结合攀成钢圆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,确定中间包内安装控流装置的最佳方案。根据相似理论,依据弗鲁德准数相似,在实验模型与原型的几何相似比为1:3的条件下,建立实验模型,进行水力学模拟实验;同时根据连续性方程、动量方程和能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。中间包的研究结果表明:无控流装置时,中间包有明显短路流,死区大,流场和温度分布不均匀,夹杂物去除效果不好;11#挡墙方案能明显延长钢水的平均停留时间,减小死区,增加活塞流区,使夹杂物易于上浮,流场和温度场分布较均匀。因此,建议攀成钢采用11#挡墙作为工业性生产应用方案。采用实验室推荐的控流装置进行大生产试验,浇注完毕后,挡墙基本无破损,孔型保持完好;中间包不同流之间平均温差小于5℃,温度分布均匀;铸坯中没有发现粒径大于100μm的夹杂物;钢中稳定的非金属夹杂物总量平均降低了41.1%;中间包内总氧量降低了30.7%;管材非金属夹杂物A、B、C、D评级结果均在1.0级范围内。中间包内的控流装置起到了良好的冶金效果。

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
• 1.2 中间包作用及功能
• 1.2.1 中间包的作用
• 1.2.2 中间包的新技术研究
• 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方法
• 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 研究方法
• 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 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实验结果分析
• 3.1 RTD 测量结果分析
• 3.1.1 热态停留时间结果分析
• 3.1.2 热态流动模式分析
• 3.2 温度测量结果分析
• 3.3 中间包挡墙的优化
• 3.3.1 优化方案的确定
• 3.3.2 热态实验结果分析
• 3.4 夹杂物实验结果分析
• 3.5 中间包内钢液流动物理模拟流场分析
• 3.6 中间包内钢液流动物理模拟冷热态对比
• 3.7 攀成钢四流中间包内控流装置及工艺参数的确定
• 3.7.1 中间包浇注方式的确定
• 3.7.2 中间包起旋高度的确定
• 3.7.3 中间包换包液位的确定
• 3.7.4 中间包工作液位的确定
• 3.8 小结
• 4 攀成钢圆坯连铸中间包数值模拟研究结果分析
• 4.1 数学模型的验证
• 4.2 攀成钢圆坯连铸中间包数值计算方案
• 4.2.1 假设条件
• 4.2.2 数值计算区域
• 4.2.3 迭代过程
• 4.3 数值计算结果分析
• 4.3.1 钢液流动形式分析
• 4.3.2 温度场模拟结果
• 4.3.3 夹杂物运动轨迹分析
• 4.4 结论
• 5 中间包控流装置现场生产验证及应用
• 5.1 挡墙的结构及试验后挡墙的侵蚀情况
• 5.2 试验过程中各流之间温度变化情况
• 5.3 试验前后钢中稳定的非金属夹杂物含量变化情况
• 5.4 单位面积上非金属夹杂物所占面积的变化情况
• 5.5 气体分析结果
• 5.6 管材非金属夹杂物评级
• 5.7 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献