两流板坯连铸中间包的结构优化研究

摘要

连铸中间包不仅是稳压、分配钢水和保证钢水连续浇铸的缓冲容器，它还是防止钢渣进入结晶器和去除钢液中非金属夹杂物与均匀钢水温度等保证铸坯质量的关键设备。中间包内合理的钢水流动状态能够促进铸坯质量提高。近年来冶金工作者采取了一系列措施来强化和扩大中间包的冶金功能，其中的重要措施就是在中间包内设置适当控流装置，使中间包内的流体形成合理的流场。
　　本论文结合该钢厂两流板坯T型连铸中间包生产发展的实际情况，采用数学模拟和物理模拟相结合的研究方法，以确定最优中间包结构。数学模拟部分，应用模拟软件对不同控流方案下的中间包流场、温度场进行模拟，选出较优方案;物理模拟部分，根据相似原理，在弗鲁德准数相等和实验模型与原型1∶4的几何相似比条件下，建立实验模型，最终确定最佳控流方案并实施了现场研究。
　　实验结果表明;
　　(1)原型中间包结构不合理。原型中间包内流体存在很大的死区和明显的短路流，中间包内钢水的响应时间、实际平均停留时间较短，流场和温度场分布不均匀。这些因素都会导致夹杂物的上浮去除困难，最终影响铸坯的洁净度。
　　(2)挡坝的设置能够使底部流方向改变，阻挡了下降的流股，消除了短路流。而且合理的导流墙的设置能够形成流向液面的流股以及墙坝之间的循环流，这种控流方式能延长中间包内的钢液平均停留时间，促进钢水间能量的交换，避免了末端钢水的停滞，从而减小了死区。也有利于大包注流区挡渣、中间包钢液的成分、温度均匀以及钢液中夹杂物的碰撞聚合长大和上浮。
　　(3)采用优化后的控流装置——湍流控制器+导流墙+坝，能够显著改善中间包内钢水的流动状态，并有效延长钢水的实际平均停留时问，提高活塞流的体积分率，降低死区的体积分率，均匀中间包内钢水的温度及成分。
　　(4)增加中间包容量可进一步延长钢水的停留时间。不过若控流装置设置合理，即使不增大容量也能保证钢水有足够的停留时间。在浇铸末期，中间包内容易产生漩涡，因此在钢液面到达临界高度时，应该降低拉速，提前关闭水口，停止浇注。
　　(5)优化后的坯样质量改善。小于5μm的夹杂物颗粒大约占90％以上，大于50μm的rp夹杂几乎完全消失，因此优化后轧坯的缺陷明显减少。
　　在本研究中，数学模拟和物理模拟具有较好的一致性，在今后的有关流动和传热的研究中，可以应用物理模拟和数值模拟相结合的方法进行研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 本课题研究的目的及意义

1．3 研究内容

第2章 文献综述

2．1 连铸技术的发展概述

2．1．1 国外连铸技术的发展

2．1．2 我国连铸技术的发展

2．2 中间包冶金技术

2．2．1 中间包冶金的发展

2．2．2 中间包的作用和冶金功能

2．2．3 中间包冶金技术

第3章 中间包冶金的研究方法

3．1 数值模拟

3．1．1 计算流体力学的概述

3．1．2 FLUENT软件的介绍

3．1．3 数学模型控制方程

3．1．4 控制方程的离散和求解

3．2 物理模拟

3．2．1 理论基础

3．2．2 实验方法

3．2．3 流动显示技术

第4章 中间包的数值模拟

4．1 实验方案

4．2 数值计算参数

4．3 中间包数值模拟基本假设

4．4 边界条件

4．5 计算结果和分析

4．5．1 计算网格的划分

4．5．2 中间包内钢液流场的数值模拟结果与分析

4．5．3 中间包温度场的模拟结果和分析

4．6 本章小结

第5章 中间包的物理模拟及现场效果

5．1 物理模型的建立

5．2 实验结果与分析

5．2．1 原型中间包实验结果

5．2．2 优化方案的实验结果

5．2．3 不同工艺条件下的最优方案的实验结果

5．2．4 控流装置开孔对中间包内流体特性的影响

5．2．5 产生漩涡的临界高度的测定

5．3 现场试验坯样结果与讨论

5．3．1 夹杂物种类及形貌

5．3．2 夹杂物的统计分析

5．3．3 典型金相照片及分析

5．4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢