薄板坯结晶器内钢液流场和温度场的数值模拟

摘要

结晶器是连铸机的心脏,是连铸机最关键部分之一,是控制钢液洁净度的最后环节,在控制铸坯质量方面起着极其重要的作用。结晶器内钢液的流动特性直接关系着结晶器内的钢液传热、保护渣熔化和夹杂物上浮等,与铸坯裂纹、皱皮、偏析等表面或内部缺陷的形成有着密切的关系。因此,对结晶器内钢液流场和温度场进行研究十分必要。
　　 本文以邯钢CSP薄板坯连铸机结晶器内钢液为研究对象,在参考了大量相关文献资料的基础上,利用工厂实际生产工艺参数,建立薄板坯连铸结晶器流场和温度场的三维模型,给出了结晶器内钢液流场和温度场数值模拟的控制方程、初始条件、边界条件及所需的热物性参数。利用ProCAST软件对采用两种典型浸入式水口对应的漏斗型结晶器内钢液的流动与传热状况进行了数值模拟。数值模拟结果和邯钢的水模实验数据相吻合,验证了所建立模型的正确性。
　　 根据已经验证的模型,模拟计算了两种典型水口(牛鼻子型水口、双侧孔型水口)在不同的生产工艺参数(拉坯速度、水口的导流槽角度及插入深度)条件下,结晶器内钢液流场和温度场的分布情况。分析模拟结果,得到了各生产工艺参数对结晶器流场和温度场的影响规律。
　　 研究表明:1)双侧孔型水口效果优于牛鼻子型水口；2)在较小范围内,拉坯速度对结晶器内流场状态影响不明显；3)牛鼻子型水口导流槽角度在100°和110°之间较为合理,双侧孔型水口导流槽角度110°时较为合理,但是推荐用双侧孔型水口；4)随着插入深度的增加,钢液流股冲击深度增加,拉坯速度为4m/min时,水口插入深度150mm较为适宜。
　　 研究结果对指导实际生产提供了参考依据,对浸入式水口结构的设计和优化也具有重要的指导意义。