四流异形连铸中间包传输过程模拟

摘要

中间包是连铸工艺过程中的重要冶金反应器，其主要的冶金作用是通过设置控流装置，调整钢液流动状态，以达到均匀钢液温度和促进非金属夹杂物上浮的效果。本论文以四流异形连铸中间包为研究对象，采用数学模拟研究的方法，计算原中间包的流场分布；通过考察圆型湍流控制器高度、半径和顶缘厚度对四流连铸中间包流场分布和夹杂物上浮去除率的影响，得到了合理的湍流控制器尺寸。
　　 数值结果表明：原中间包钢液流场分布呈现少回流，多短路流的状态，流场死区比较大，不利于中间包钢液成分和温度混合及夹杂物上浮去除：因此针对现有四流中间包结构不合理性提出改进措施一安装圆型湍流控制器。合理的湍流控制器尺寸一高度、半径和顶缘厚度分别为300mm-400mm、140mm-170mm和20mm。随着湍流控制器的高度不断增加，夹杂物的上浮排除率呈现先增加后减少的趋势。对比不同半径的湍流控制器，较小半径的湍流控制器中间包具更更好的夹杂物上浮去除效果。随着湍流控制器顶缘厚度增加，夹杂物上浮去除率呈现先增加后减少的趋势；对比优化前后中间包，使用结构合理的湍流控制装置提高夹杂物上浮去除率近20％。
　　 实际中间包内的钢液流动属于非等温过程，因此应该考虑自然热对流对钢液的流动的影响以及对中间包内钢液温度场分布的作用。结果证明考虑热浮力影响的中间包内计算流场和温度场更符合实际情况。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 中间包冶金技术的发展

1.3 中间包冶金国内外研究现状

1.3.1 钢中夹杂物概述

1.3.2 夹杂物对钢质量和性能的影响

1.3.3 中间包去除夹杂物的研究现状

1.3.4 中间包温度场影响研究

1.4 CFD的技术特点以及FLUENT软件的应用

1.4.1 CFD主要技术特点的介绍

1.4.2 数值计算软件FLUENT简介

1.5 研究目的及内容

第二章 流体传输过程的基本理论

2.1 控制方程

2.2 湍流模型

2.3 壁面函数法

2.4 微分方程的离散求解

2.4.1 有限容积法

2.4.2 离散方程的求解

2.4.3 SIMPLE算法

2.5 离散模型

第三章 中间包等温流场数值模拟

3.1 中间包钢液流动过程数学模型假设

3.2 数学模型

3.3 边界条件

3.4 数值模拟实验方案

3.4.1 实验方案编号及圆型湍流控制器内型的尺寸

3.4.2 夹杂物运动轨迹及去除实验

3.4.3 网格的划分

3.5 模拟结果与讨论

3.5.1 原中间包的流场分布

3.5.2 湍流控制器高度对中间包流场及夹杂物行为的影响

3.5.3 湍流控制器半径对中间包流场及夹杂物去除上浮率作用

3.5.4 湍流控制器顶缘厚度的影响

3.5.5 优化前后中间包夹杂物上浮去除及运动行为

3.6 本章小结

第四章 中间包非等温温度场计算

4.1 中间包内钢水温度状态

4.2 控制方程

4.3 热浮力对中间包流场分布影响

4.4 热浮力对中间包内钢液温度场分布影响

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢