燕钢连铸中间包及结晶器内钢液流场的数理模拟研究

摘要

为了保证连铸过程顺行，提高连铸坯质量，必须深入研究中间包与结晶器内的钢液流动。研究中间包与结晶器内钢液流动的常用方法有物理模拟与数值模拟。本文将两种方法相结合，根据燕钢方坯/圆坯连铸中间包与结晶器的工艺参数，研究了不同控流装置对中间包流体流动的影响，不同浸入式水口及工艺对结晶器内钢液流动行为的影响。本文中中间包控流装置采用开孔挡墙和矮墙，结晶器浸入式水口采用直通式水口、双侧孔及四侧孔水口，结晶器断面分别为350mm×500mm、230mm×350mm、Φ350mm和Φ400mm。
　　 本文采用物理模拟和数值模拟的方法分析了安装不同控流装置时中间包内钢液的流场、流动模式、温度分布以及夹杂物的上浮。将两种模拟结果综合分析，得出：中间包设置开孔挡墙与矮墙后，改善了内部流场，死区体积大幅降低，增加了钢液在中间包内的停留时间，增强了中间包各流流动特性的一致性，有助于稳定各流的工艺；中间包采用矮墙为控流装置时，夹杂物的上浮去除效果比开孔挡墙好，而且对粒径在50μm及其以下的夹杂物的上浮去除效果尤其明显。通过优化分析，认为a10方案的矮墙可以作为优化的控流装置。
　　 本文采用物理模拟和数值模拟的方法对三种类型的水口进行了设计和优化，分析了水口类型、水口插入深度、拉速及三种因素对结晶器内流体流动的影响，认为＃1直通式水口、＃5双侧孔水口和＃9四侧孔水口可以较好地满足实验的指标。由于还通过浸入式水口对结晶器进行了吹气，所以本文还分析了吹气对结晶器内流场和液面波动的影响。本文最后确定了各个水口在不同断面和不同拉速条件下的插入深度和吹气量。