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重钢5流方坯连铸中间包内钢液流动和夹杂物运动的研究

作　者: 佐祥均
导　师: 陈登福
学　校: 重庆大学
专　业: 冶金工程
关键词: 连铸中间包控流装置物理模拟数值模拟夹杂物颗粒
分类号: TF777
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 328次
引　用: 2次
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内容摘要

为了进一步提高连铸生产效率，近年来国内外冶金工作者采取了一系列措施来强化和扩大中间包的冶金功能。其主要的措施是在中间包内设置合适的挡墙和湍流控制器等。使中间包内能够形成合理的流场，促进夹杂物的充分上浮，同时也为钢液温度和成分的均匀创造有利的条件。本论文结合重庆钢铁集团有限公司1#方坯连铸机中间包的实际情况，采用物理模拟和数值模拟相结合的方式，确定在重钢原有中间包控流方式的基础上加设湍流控制器的最佳方案。根据相似理论，选择弗鲁德准数和试验模型与原型几何相似比为1：3条件下，建立试验模型，进行水力学物理模拟试验；同时根据连续性方程、动量方程、湍动能方程、湍动能耗散率方程以及能量方程建立描述中间包内流体的数学模型，采用FLUENT商业软件进行数值模拟计算。通过水模试验与数值模拟，发现加设合理的湍流控制器后对重钢1#小方坯连铸中间包内钢液的流动模式有所改善。合理的湍流控制器的应用，有助于形成合理的钢液流动模式，将充分发挥中间包的冶金功能。试验当中发现在单挡墙中间包内，5#方案湍流控制器对钢液在中间包内停留时间的增加和流动模式的改善效果最为明显；在多孔挡墙中间包内，7#方案湍流控制器对钢液在中间包内停留时间的增加和流动模式的改善效果最为明显；由此，提出了将5#和7#方案湍流控制器作为重钢1#方坯连铸中间包工业性试验的应用方案。对中间包内夹杂物运动情况进行了研究。对各种控流方式下中间包内夹杂物的排除情况进行水力学模拟；对5μm、50μm和75μm夹杂物颗粒运动轨迹进行了数值模拟。结果表明加设合理的湍流控制器后50μm和75μm夹杂物颗粒可以得到很好的上浮，5μm夹杂物颗粒也可得到部分上浮，被顶渣吸收。对中间包内极限卷渣液面高度进行了物理模拟试验测定，分析了极限卷渣液面高度与连铸生产连续性的关系。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-22
  1.1 连续铸钢在国内外的发展状况  10-13
    1.1.1 国外连铸技术的发展  11
    1.1.2 我国连铸技术发展的概况  11-13
  1.2 中间包发展、作用及冶金功能  13-14
    1.2.1 中间包冶金的发展  13
    1.2.2 中间包的作用  13-14
    1.2.3 中间包的冶金功能  14
  1.3 多流中间包内钢液流动的研究方法  14-19
    1.3.1 中间包内部形状、注流对多流浇注的影响  14-15
    1.3.2 中间包内各种挡墙控流模式对包内钢液流动的影响  15-16
    1.3.3 中间包内设置湍流控制器对包内钢液流动的影响  16-19
  1.4 本课题研究内容,目的和意义  19-22
2 重钢五流方坯中间包物理模拟研究理论和方法  22-34
  2.1 冶金过程物理模拟的特点  22
  2.2 物理模拟试验原理  22-25
    2.2.1 相似原理及相似准数  22-24
    2.2.2 刺激—响应实验原理  24-25
  2.3 中间包物理模拟试验方案  25-33
    2.3.1 水模型物理参数的确定  25-26
    2.3.2 试验装置  26
    2.3.3 RTD曲线记录与分析  26-29
    2.3.4 示踪剂  29-30
    2.3.5 夹杂模拟  30-32
    2.3.6 湍流控制器的设计  32
    2.3.7 中间包极限卷渣液面的物理模拟测定试验方案  32-33
  2.4 中间包的优化准则  33-34
3 重钢五流方坯中间包物理模拟试验结果与分析  34-54
  3.1 无控流模式中间包内钢液流动物理模拟RTD曲线结果与分析  36-40
    3.1.1 停留时间及流动模式分析  36-37
    3.1.2 中间包内流体流动显示分析  37-39
    3.1.3 夹杂物上浮情况分析  39-40
  3.2 单挡墙模式  40-42
    3.2.1 停留时间及流动模式分析  40-41
    3.2.2 夹杂物上浮情况分析  41-42
  3.3 单挡墙加湍流控制器模式  42-46
    3.3.1 实验方案  42
    3.3.2 实验结果及分析  42-44
    3.3.3 中间包内流体流动显示对比分析  44-46
  3.4 多孔挡墙模式  46-48
    3.4.1 停留时间及流动模式分析  46-48
    3.4.2 夹杂物上浮情况分析  48
  3.5 多孔挡墙加湍流控制器模式  48-52
    3.5.1 实验方案  48
    3.5.2 实验结果及分析  48-50
    3.5.3 中间包内流体流动显示对比分析  50-52
  3.6 本章小结  52-54
4 重钢五流方坯中间包数值模拟研究理论和方法  54-62
  4.1 流场数值模拟的基本原理  54-56
    4.1.1 计算流体力学概述  54
    4.1.2 控制体积法  54-56
  4.2 FLUENT软件的介绍  56-59
    4.2.1 FLUENT软件的基本组成  56-58
    4.2.2 FLUENT可以求解的问题和求解步骤  58
    4.2.3 FLUENT求解问题的步骤  58-59
  4.3 中间包内钢液流动数值模拟原理  59-62
    4.3.1 中间包数值模拟基本假设  59
    4.3.2 中间包数值模拟基本控制方程  59-60
    4.3.3 边界条件的确定  60-62
5 重钢五流方坯中间包数值模拟研究结果与分析  62-72
  5.1 无控流模式中间包三维流场计算结果分析  62-64
  5.2 单挡墙及单挡墙加湍流控制器模式  64-67
    5.2.1 单挡墙中间包三维流场和截面流场分析  64-65
    5.2.2 单挡墙加湍流控制器中间包三维流场和截面流场分析  65-67
  5.3 多孔挡墙及多孔挡墙加湍流控制器模式  67-70
    5.3.1 多孔挡墙中间包三维流场和截面流场分析  67-68
    5.3.2 多孔挡墙加湍流控制器中间包三维流场和截面流场分析  68-70
  5.4 本章小结  70-72
6 重钢五流方坯中间包内夹杂物运动的数理模拟  72-88
  6.1 流动状态下夹杂物运动规律的研究  72-77
    6.1.1 夹杂物的上浮  72-73
    6.1.2 夹杂物的碰撞和凝并  73-75
    6.1.3 中间包内去除夹杂物的综合分析  75
    6.1.4 夹杂物上浮排除率  75-76
    6.1.5 夹杂物运动轨迹线  76-77
  6.2 各种控流模式下夹杂物运动分析  77-82
    6.2.1 无控流模式下中间包内夹杂物运动模拟  77-78
    6.2.2 单挡墙中间包和加设湍流控制器单挡墙中间包内夹杂物模拟  78-80
    6.2.3 多孔挡墙中间包和加设湍流控制器多孔挡墙中间包内夹杂物模拟  80-82
  6.3 重钢五流方坯中间包液面极限卷渣研究  82-85
    6.3.1 中间包内钢液卷渣的主要形式  82
    6.3.2 减少中间包卷渣的主要方法  82-83
    6.3.3 中间包极限卷渣高度的物理模拟测定  83-85
  6.4 本章小结  85-88
7 结论  88-92
致谢  92-94
参考文献  94-98
附录  98-100
独创性声明  100
学位论文版权使用授权书  100

重钢5流方坯连铸中间包内钢液流动和夹杂物运动的研究

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