五流小方坯中间包的结构优化研究

论文摘要

随着连铸技术的不断发展,对连铸钢的清洁度和铸坯质量的要求也越来越高。中间包内钢液的流动状态,对延长钢液在中间包内的停留时间,均匀钢液温度及夹杂物的上浮去除有重要的作用,并直接影响着连铸坯的质量。因此,对中间包内钢液的流场进行研究和分析,保证钢液流动状态的合理性具有相当重要的理论和实际意义。本文以某钢厂五流梯形中间包为研究对象,运用数学模拟和物理模拟的方法,对中间包内控流装置进行了研究,并优化了梯形中间包的控流装置。根据相似理论,结合原型中间包的几何形状和尺寸,在实验室中以1：4的几何相似比建立了中间包的模型,测定中间包流体流动停留时间分布曲线,得到不同结构的中间包的流体流动特性。实验结果表明,原型中间包结构不合理,中间包内钢液速度分布不均匀,冲击区流动速度较大,存在湍流,容易发生卷渣和钢液的二次氧化,而两端区域流动速度相对较小,存在较大的死区；3流、4流和5流之间的RTD曲线很不一致,流体流动特性存在很大差异。各流间的响应时间及平均停留时间等差别加较大,3流和4流响应时间及平均停留时间短,活塞体积分率小,死区体积分率高,并且存在短路流。采用方案Ⅳ后,能够使钢液在各流间分配趋于合理,流体的流动特性比较一致,钢水停留时间增加,死区体积减小。拉速为2.2m/min时,3流和4流的响应时间,分别提高了4.5倍和2.3倍,峰值时间分别提高了3.6倍和1.4倍,活塞流体积分别增加了6.4倍和3.4倍,死区体积分别降低了38%和38.3%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 连续铸钢技术的发展概况
• 1.1.1 国外连铸技术的发展
• 1.1.2 国内连铸技术的发展
• 1.2 本研究的目的、内容及意义
• 第二章 文献综述
• 2.1 中间包冶金技术
• 2.1.1 中间包冶金的发展
• 2.1.2 中间包冶金技术
• 2.2 中间包冶金过程的研究方法
• 2.2.1 钢水流动的数学模拟
• 2.2.2 钢水流动的物理模拟
• 第三章 中间包内结构优化的数学模拟
• 3.1 FLUENT软件的介绍
• 3.1.1 FLUENT软件的基本组成
• 3.1.2 FLUENT程序的用途
• 3.1.3 用FLUENT程序求解问题的步骤
• 3.1.4 FLUENT程序边界条件介绍
• 3.2 流场计算的基本理论
• 3.2.1 有限体积法
• 3.2.2 数学模拟的基本方程
• 3.3 中间包内结构优化的数学模拟
• 3.3.1 边界条件的确定
• 3.3.2 计算区域及网格划分
• 3.4 计算结果与分析
• 3.4.1 中间包内无控流装置的计算结果
• 3.4.2 中间包内有湍流控制器、导流墙及坝组合的计算结果
• 3.5 小结
• 第四章 中间包内结构优化的物理模拟
• 4.1 实验装置
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 平均停留时间的测定
• 4.2.2 中间包内三种流动体积的计算
• 4.2.3 中间包内流体流动各体积分率的计算
• 4.3 实验方案
• 4.4 实验结果与讨论
• 4.4.1 原型中间包实验结果与讨论
• 4.4.2 其它方案实验结果与讨论
• 4.4.3 中间包内起旋高度
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢