板坯连铸结晶器倒角结构对钢液流动传热行为影响的模拟研究

摘要

角部裂纹是板坯连铸过程中的常见缺陷；其产生与铸坯角部的热状态以及钢种的低延展性区有关。采用倒角结构改善连铸坯角部热状态，是减少角部裂纹和改善铸坯角部质量的重要措施之一。研究不同倒角结构参数对板坯连铸结晶器内钢液流动及传热行为的影响规律，对板坯连铸结晶器的工艺控制以及铸坯质量的提高具有重要意义。
　　本文以某厂板坯连铸结晶器为研究对象，采用数值模拟和水力学物理模拟方法，研究分析了有、无倒角和不同倒角尺寸结构条件下结晶器内钢液流动以及传热行为。研究结果表明：
　　①倒角结构对钢液流动行为的影响重点区域是窄面附近，且离窄面越远影响越小。倒角结构不同对冲击深度有明显的影响，随着倒角长度的增加，水口钢液流股的冲击深度有所减小；倒角长度从0mm变化至60mm，冲击深度减少70mm。
　　②结晶器液面的流动从窄面附近至水口位置，液面速度总体上是逐渐增大再减小；中大型倒角对结晶器液面流速具有明显影响，倒角长度从0mm变化至60mm，结晶器液面流速的极值提升80％。从窄面到水口，结晶器液面的波动先增大后减小；在结晶器宽面中心1/4位置处钢液波动最大。
　　③结晶器倒角结构有利于减少卷渣行为，不同的倒角结构对于结晶器保护渣的最大覆盖厚度差以及液面裸露行为没有明显的影响。
　　④倒角结晶器对于结晶器的角部温度具有大幅提升的效果，且倒角越大越有利于提高连铸坯角部温度。60mm倒角结晶器角部温度比直角结晶器提高了263K。
　　综上所述，本论文结合数值模拟和物理模拟研究，阐明了板坯连铸结晶器倒角结构对钢液流动传热的影响规律，为板坯连铸倒角结晶器的工艺设计研究和铸坯角部缺陷的改善提供了数值依据和理论基础。

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1 绪论

1.1 板坯连铸结晶器的冶金作用

1.2 板坯连铸倒角结晶器的发展

1.3 板坯倒角结晶器钢液流动传热行为的模拟研究现状

1.4 论文研究的意义及内容

2 板坯连铸倒角结晶器钢液流动传热数学模型的建立

2.1 数值仿真的基本假设

2.2 数学模型控制方程

2.3 倒角结晶器数学模型的建立

2.4 模型边界条件的确定

2.5 数值计算方法和收敛标准

2.6 本章小结

3 不同角部结构板坯结晶器钢液流动传热数值模拟研究

3.1 结晶器角部结构对钢液流动行为的影响

3.2 结晶器倒角结构对结晶器出口温度场的影响

3.3 本章小结

4 板坯连铸倒角结晶器钢液流动物理模型的建立

4.1 物理模拟相似原理

4.2 物理模拟相似比例的确定

4.3 物理模型的建立

4.4 物理模拟实验指标

4.5 物理模拟倒角形状的选择

4.6 本章小结

5 不同角部结构板坯结晶器钢液流动行为物理模拟研究

5.1 实验研究方案

5.2 倒角尺寸对结晶器液面波动的影响

5.3 倒角尺寸对结晶器液渣分布的影响

5.4 倒角尺寸对结晶器流场的影响

5.5 物理模拟与数学模拟结果对比研究

5.6 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目