连铸中间包钢水流动及夹杂物运动的数值模拟

摘要

本文对某厂的连铸中间包两种不同流动控制条件下的钢水流动进行了三维数学模拟.湍流的模拟采用κ-ε双方程模型.通过分析夹杂物所受力的平衡建立了夹杂物运动方程,主要考虑了流体的拖曳力和来自于夹杂物和钢水之间密度差的上浮力,并通过随机运动模型模拟了湍流脉动对夹杂物运动的影响,计算了多粒径夹杂物的三维运动及其轨迹.模拟结果表明,如果挡墙上方有钢水流过,将会在挡墙上方附近产生较大的流速和强烈的涡流,并且钢水从不同方向向一个界面(界线)流动,导致不同流向的钢流相互碰撞,所有这些都将导致卷渣和重新卷入夹杂物.因此,钢水液面大于挡墙高度对夹杂物的去除不利.采用全挡墙(即挡墙与中间包钢水高度一致,挡墙上合理布置出孔)的条件下产生的钢水流动方式有利于夹杂物的去除.计算表明在挡墙合理布置出孔的情况下,如果挡墙高度和钢水深度都是1000mm时,50μm的夹杂物可以安全去除32%;而当钢水液面高度为780mm,挡墙高度为660mm时,50μm夹杂物仅可以安全去除13%.为了更有效的去除夹杂物,抑制涡流形成引发的渣乳化,引起卷渣以及重新卷入已经去除到顶渣的夹杂物,中间包钢水深度应该大于1000mm.