连铸中间包以气幕代挡墙去除夹杂物的数值模拟

摘要

中间包内钢液流动特性对钢水中夹杂物的分离起十分重要的作用。根据品种钢及其纯净化生产的需要，利用微气泡可有效去除夹杂物的机理，通过在中间包一定位置吹入成排的微小氩气泡，形成气幕挡墙，该方法不仅可起到传统挡墙坝的导流作用，阻挡夹杂物进入水口区，并可利用微气泡上浮过程碰撞、吸附夹杂物，有效分离央杂物，提高去除效率。 数值模拟以湍流控制器加单坝结构的FTSC中间包为原型，应用CFX软件，采用气一液一固三相流模拟手段，计算了单湍流控制器、加挡坝、气幕挡墙代挡坝的不同控流形式下中间包内流场、温度场、夹杂物运动轨迹及不同尺寸央杂物的排除率，并分析研究了不同吹气量、不同吹气位置和不同气泡尺寸等参数对中间包内不同尺寸夹杂物去除效果的影响，得出了气幕挡墙技术的合理的工艺参数，为工业实验奠定基础。 研究结果表明FTSC中间包采用气幕挡墙代替原有固体挡坝与湍流控制器组合后，钢液的混合和温度更为均匀，出口夹杂物体积分数降低，央杂物的去除率提高，尤其是对50μm以下夹杂物的去除效果更为显著，对50μm夹杂物的去除率提高了8﹪，对20μm～30μm夹杂物的去除率提高了38﹪左右，证明了气幕挡墙完全可以代替固体挡墙、坝，且对钢液温度的均匀和50μm以下小颗粒夹杂物的去除，效果更好；在保证中间包不造成卷渣和二次氧化的前提下，尽可能采用大吹气量能提高夹杂物去除率；气幕挡墙的吹气位置距离中间包水口太远或太近，都不利于夹杂物的去除，当吹气位置在距离水口中心1000mm左右时，夹杂物的去除效果最好；采用小的气泡尺寸对夹杂物的黏附作用好，小颗粒夹杂物的去除率高。

目录

文摘

英文文摘

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引 言

1文献综述

1.1中间包在连铸中的作用和意义

1.2中间包冶金技术的发展与研究

1.2.1中间包扩容技术

1.2.2中间包控流技术

1.2.3中间包过滤技术

1.2.4中间包加热技术

1.2.5中间包喷吹气体技术

1.3中间包钢液中夹杂物的运动行为研究

1.3.1夹杂物的上浮

1.3.2夹杂物的碰撞和凝并

1.3.3夹杂物在包衬壁面上的粘附

1.4中间包气幕挡墙技术的研究

1.5数值模拟在中间包冶金中的应用

1.5.1中间包钢液流动和夹杂物运动的数值模拟研究

1.5.2数值模拟研究所采用的软件

1.6本课题的研究内容

2不同控流条件下FTSC中间包的数值模拟研究

2.1 CFX软件简介

2.1.1 CFX软件的发展

2.1.2 CFX软件使用的基本过程

2.1.3 CFX软件的特点

2.2数学模型的建立

2.2.1基本假设

2.2.2基本方程

2.2.3边界条件的确定

2.2.4计算条件

2.2.5数值求解

2.3数值模拟方案

2.4数值模拟结果及分析

2.4.1单湍流控制器时的数值模拟结果

2.4.2湍流控制器加固体挡坝时的数值模拟结果

2.4.3湍流控制器加气幕挡墙时的数值模拟结果

2.4.4不同控流条件下夹杂物去除效果的比较

2.4.5拉速对气幕挡墙中间包内夹杂物去除效果的影响

2.5小结

3气幕挡墙的参数优化

3.1优化方案的确定

3.2计算结果及分析

3.2.1吹气量对钢液流场及夹杂物去除的影响

3.2.2吹气位置对钢液流场及夹杂物去除的影响

3.2.3气泡尺寸对夹杂物去除的影响

3.3小结

4数值模拟结果与水模型实验结果的对比

4.1水模型的选择

4.2结果对比

4.2.1流体流动情况的对比

4.2.2夹杂物去除情况的对比

结论

参考文献

致谢

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