板坯连铸机结晶器流场和温度场的数值模拟及结构优化设计

摘要

结晶器是板坯连铸机的“心脏”，是连铸机的关键核心部件之一，对控制钢水和铸坯质量起着极其重要的作用。结晶器内部的流场和温度场分布直接关系到钢液传热、夹杂物上浮和保护渣熔化等，与铸坯中间裂纹、三角区裂纹和角裂等内部和表面缺陷的形成都有着直接的关系。合理的结晶器冷却结构可以提高结晶器冷却性能和延长结晶器铜板的使用寿命，因此本论文开展了板坯连铸机结晶器内部流场和温度场以及结晶器结构的研究。
　　 本文以济钢炼钢厂板坯连铸机为研究对象，结合工厂实际生产工艺参数，建立了板坯连铸机结晶器内流场和温度场的数学模型，采用FLUENT软件对流场和温度场进行模拟分析，通过改变拉坯速度、浸入式水口浸入深度、钢水过热度和钢液粘度进行模拟分析，并现场采集数据对模拟结果进行验证。
　　 论文分析了拉坯速度为1.5 m/min、2.0 m/min和2.5 m/min时的结晶器内场分布情况，结果表明拉速控制在2 m/min时能够得到较为稳定的流场和温度场;当浸入深度分别为150mm、200 mm和250 mm时，进行场分析，结果表明浸入深度控制在200 mm时效果较为理想，可以充分发挥保护渣的效能，保护结晶器内钢液液面的相对稳定;对过热度分别为30℃和10℃时的温度场等值线进行分析，结果表明过热度控制在10℃左右，可以降低对铜板的热流冲击，并有利于等轴晶区的形成，提高铸坯的质量;对钢液的不同粘度进行分析，结果表明钢液粘度对于流场的影响很大，在过热度允许的范围内应该降低钢液粘度。
　　 实际生产过程表明拉速控制在2 m/min、浸入深度控制在200 mm、钢水过热度控制在10℃时，结晶器内流场和温度场的分布最为合理，大大提高了铸坯的成材率;同时，改进结晶器铜板上部水槽的冷却强度对提高冷却的均匀性，减少事故的发生具有重要的意义。
　　 综上所述，合理的拉坯速度、水口插入深度、钢水过热度和钢液粘度才能得到较高的铸坯成材率。研究的结果为生产工艺参数的优化提供了理论依据，对提高铸坯的质量具有重要的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 连铸机的发展及应用

1．2 结晶器的主要作用

1．3 结晶器内流场和温度场的研究现状

1．4 结晶器结构的研究现状

1．5 课题背景及本文的主要工作

第二章 板坯连铸机结晶器内温度场和流场数学模型的建立及求解

2．1 工艺条件

2．2 温度场计算的基本理论

2．2．1 结晶器传热机理

2．2．2 凝固潜热的处理

2．2．3 导热系数的处理

2．3 流场计算的基本理论

2．3．1 流场的基本特征

2．3．2 基本假设

2．3．3 基本控制方程

2．3．4 边界条件的确定

2．4 流场计算的基本方法

2．5 FLUENT软件介绍及求解步骤

2．6 结晶器内温度场和流场模型的建立

2．6．1 模型参数

2．6．2 模型网格的划分

2．6．3 控制参数和迭代求解

2．7 本章小结

第三章 结晶器内流场与温度场的数值模拟结果及分析

3．1 拉坯速度对流场和温度场的影响

3．2 水口浸入深度对结晶器流场和温度场的影响

3．3 钢水过热度对结晶器温度场的影响

3．4 钢液粘度对结晶器内流场的影响

3．5 应用

第四章 连铸状态下铜板温度场的变化及结构优化

4．1 模型的基本假设

4．2 物理模型的建立

4．3 模型参数的确定

4．4 初始条件的确定

4．5 网格划分及模型的求解

4．6 铜板结构优化

4．7 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢