浇注钢包环出钢口吹氩过程钢/渣界面及温度场行为数学模拟

摘要

连铸钢包浇注过程的下渣控制一直是困扰现场生产的难题之一，如何采取有效措施来控制钢包浇注过程的下渣已成为经济洁净钢生产的关键一环。目前常用的减少下渣的方法有很多，例如浮游阀法、倾斜包底法、改变出水口形状，但都存在一些缺陷。环出钢口吹氩控制下渣新工艺有望能经济地控制下渣，对该工艺过程的钢渣界面及温度场行为进行数值仿真研究可为该新工艺开发提供理论基础。 本文主要通过CFD软件数值模拟某钢厂145吨钢包使用环出钢口吹氩及钢包浇注过程，采用的软有商用软件Fluent、网格制作软件Gambit、后处理软件Tecplot。选取VOF空气-渣-钢液三相流模型、DPM喷吹模型、非定常模型、传热模型、标准k-ε湍流模型进行计算。考察了不同吹气量、不同吹气元件尺寸、渣层厚度、渣层粘度对抑制下渣的影响;还研究了钢包静置过程和浇注过程的温度场行为，考察了浇注过程不同吹气量对温度场行为的影响。根据数值模拟结果可以得出以下结论: (1)钢包浇注过程中通过环出钢口吹气元件向钢包内吹入适量氩气可明显降低下渣临界高度。与吹氩前相比，吹入氩气后，透气砖上部区域形成环流，使透气砖上方渣金界面运动变得紊乱，抑制了汇流旋转运动，进而抑制了该过程的下渣。吹气时的下渣临界高度和下渣贯穿初始高度均低于不吹气时的高度，当吹气量为28Nl/min时下渣临界高度降低最明显，和不吹气相比约降低了12mm。 (2)三种吹气元件中2号吹气元件抑制下渣效果最好，渣层黏度对渣金界面的汇流旋转运动影响不大，故其对抑制下渣影响不明显;渣层越厚对渣金界面汇流旋转运动抑制效果越好，故在一定范围内增大渣层厚度有利于抑制下渣。 (3)钢包静置15min过程中包内温度有明显的降低，温降为9～17℃;此外，钢包内还形成明显的温度分层，钢包内温度由上到下呈降低趋势，而且包底附近温度梯度较大。温降主要是由钢水与耐材间的导热传热和渣面的辐射传热造成的，而温度分层原因是钢水温度越低密度越大，温度较低的钢液会沉积在钢包底部。 (4)钢包浇注过程环出钢口吹氩可以均匀钢包内温度，减少因温度分层引起的温度差。吹气量较大时，搅拌均匀效果更好;且透气砖上方钢液均匀效果明显优于其他部分的钢液。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1钢铁生产工艺简介

1．1．1炉外精炼

1．1．2连续铸钢

1．2钢包浇注与钢包下渣

1．3本课题研究内容与意义

第2章文献综述

2．1钢包下渣过程研究

2．1．1钢包下渣简介

2．1．2钢包下渣原因及过程

2．2汇流漩涡下渣研究

2．2．1下渣危害

2．2．2汇流漩涡临界高度研究

2．2．4抑制下渣方法

2．3钢包底吹氩气工艺的研究

2．3．1工艺简介

2．3．2气泡形成过程

2．3．3气泡的受力分析

2．4钢包浇注过程温度场研究

2．4．1钢包浇注过程研究方法简介

2．4．2浇注钢包的传热研究

2．4．3钢包浇注过程温度场研究文献总结

2．5钢包下渣检测技术

2．5．1电磁检测法

2．5．2振动检测法

2．5．3超声波检测法

2．5．4红外线检测法

2．5．5称重检测法

第3章环出钢口吹氩钢包浇注过程数值模拟

3．1数值模拟原理

3．1．1流体力学简介

3．1．2 Fluent软件计算方法

3．1．3 Fluent软件计算模型

3．2数学模型的建立

3．2．1基本假设

3．2．2控制方程

3．2．3网格的划分

3．2．4数值模拟方案

3．2．5 Fluent相关参数计算及设置

3．3计算结果处理及分析

3．3．1数值模拟与物理验证实验对比分析

3．3．2钢包下渣过程

3．3．3吹气对抑制下渣的影响

3．3．4吹气元件尺寸对抑制下渣的影响

3．3．5渣层属性对临界高度的影响

3．3．6钢包浇注过程温度场的研究

第4章结论

参考文献

致谢

论文中包含图、表、公式及文献