连铸中间包内钢水流动行为的数理模拟研究

摘要

随着炼钢技术的不断发展，对连铸钢的清洁度和铸坯质量的要求也越来越高。对中间包内钢液的流场进行研究和分析，保证钢液流动状态的合理性具有相当重要的理论和实际意义。 本文采用数学物理模拟的研究方法以宝钢4＃板坯连铸中间包为研究对象进行流动与传热耦合过程的三维数值模拟研究。运用大型通用有限元分析软件ANSYS CFX，建立了各类中间包有限元模型，计算不同条件下中间包的流场，并结合瞬态状况下算出的RTD曲线，分析了堰坝组合的数量、次序和位置对中间包内流场的影响，并优化了中间包的结构。同时文中还探讨了中间包水力学模拟的问题,本文利用相似原理建立了1：3的缩小比例模型，采用“刺激——响应”实验技术，使用饱和盐溶液作为示踪剂，测定了各出水口处电导率值随时间变化的数据，得出RTD曲线，计算出钢水在中间包内的平均停留时间，中间包内的死区、活塞区及混合区的体积比率。还用了对流场染色的方法，进行观察、拍照，分析流场状态。研究表明： （1）与有坝堰等控流装置的中间包相比，不采用任何流动控制装置（空包）时中间包内存在较大死区，不利于夹杂物上浮。 （2）外方提供的方案由于其远端低坝安装位置不是很合理，所以并非最佳选择，调整远端低坝安装位置至阶梯平台之上的优化方案可以达到更好效果。 （3）在所采用的中间包内控流装置中，近水口端方案采用方案1（堰距水口中心距离600,坝堰中心间距离400,堰底距包底距离300,坝高度400,坝厚度）的挡墙、坝以及其安装位置的实验效果最佳；远水口端方案采用方案10（堰距水口中心距离1500,坝堰中心间距离600,堰底距包底距离250,坝高度430）方案更佳。 （4）针对宝钢实际情况，优化实验方案test3内型合理，推荐采用优化实验方案test3。参数如下：湍流控制器采用宝钢现有湍流控制器，坝堰间距：450mm，堰距中间包底部距离：300mm，堰距长水口距离：1750mm，坝高：500mm。