学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

特大圆坯结晶器内钢液流场及传热的研究

作　者: 孙立明
导　师: 张兴中
学　校: 燕山大学
专　业: 重型装备设计理论及其数字化技术
关键词: 特大圆坯连铸结晶器浸入式水口流场温度场数值模拟
分类号: TF777
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 74次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

圆坯主要用做无缝钢管、环类锻件、高速机车车轮等生产的原材料，其中连铸圆坯与模铸圆坯相比有很明显的优点。随着人们对更大尺寸圆坯的需求越来越多，连铸生产圆坯的条件也随之改变，生产难度越来越大，质量难以保证。本文的研究目的是要对Φ1000mm特大圆坯生产工艺进行研究，改善结晶器内的钢液流动与凝固传热，提高连铸特大圆坯质量。本文针对Φ1000mm特大圆坯，根据大圆坯的特点和生产的需要，对连铸生产过程中所需要的某些工艺参数进行研究。将应用计算流体力学原理在ANSYSWorkbench工程仿真平台中，对结晶器内的流动与凝固情况进行耦合数值分析，并对液面波动情况进行仿真。通过模拟分析，得到了合适的工艺参数，为生产实际提供了数据参考。本文研究的主要内容有：(1)对Φ1000mm特大圆坯模型进行合理的假设和简化，建立了可靠的数学模型，用计算流体力学原理计算分析钢水在结晶器内的流动与传热过程。(2)应用FLUENT软件对Φ1000mm特大圆坯结晶器内的钢水流动与凝固情况进行模拟。运用单变量原则，通过对比得出了比较理想的四孔旋流水口的结构参数和拉坯速度、过热度等工艺参数。(3)利用FLUENT中的多相流模型，计算了上述四孔旋流水口结构参数条件下的钢液液面波动情况。从分析结果可以看出该条件下液面波动程度小，验证了流动与凝固模型中参数的取值是可以采用的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 引言  11-15
    1.1.1 连铸技术的重要性  11-12
    1.1.2 连铸技术的发展过程  12-13
    1.1.3 圆坯的应用情况  13-15
  1.2 结晶器中有关研究的发展  15-20
    1.2.1 结晶器内流场的研究发展  15-16
    1.2.2 传热与凝固的研究情况  16-17
    1.2.3 结晶器液面波动及保护渣的研究概述  17-18
    1.2.4 钢液面的研究概述  18-20
  1.3 研究课题简介  20-22
    1.3.1 课题研究的意义  20-21
    1.3.2 研究采用方法和研究内容  21-22
第2章特大圆坯连铸机参数及流体力学理论  22-33
  2.1 特大圆坯连铸机参数研究  22-26
    2.1.1 特大圆坯拉坯速度  22-23
    2.1.2 液相穴深度  23-25
    2.1.3 结晶器的基本参数  25-26
    2.1.4 结晶器出口处的坯壳安全厚度  26
    2.1.5 钢液过热度  26
  2.2 结晶器中浸入式水口的参数  26-29
    2.2.1 出口的倾角  27-28
    2.2.2 侧孔的面积  28
    2.2.3 内腔形状  28
    2.2.4 水口的底部  28-29
    2.2.5 浸入深度  29
  2.3 流场的理论基础  29-31
    2.3.1 连续性假设  29-30
    2.3.2 流体的分类及性质  30-31
  2.4 铸坯的凝固传热  31-32
    2.4.1 铸坯凝固的过程  31
    2.4.2 结晶器内的传热过程  31
    2.4.3 结晶器内坯壳的形成  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章结晶器内钢液流动与凝固耦合数学模型的建立  33-45
  3.1 方法介绍  33-34
    3.1.1 CFD 简介  33
    3.1.2 方程的离散法  33
    3.1.3 计算流程  33-34
  3.2 模型的假设  34-35
  3.3 控制方程  35-37
    3.3.1 基本方程  35-37
    3.3.2 凝固方程  37
  3.4 边界条件与初始条件  37-42
    3.4.1 水口入口  38-39
    3.4.2 出口边界  39
    3.4.3 钢液面边界  39
    3.4.4 对称边界  39
    3.4.5 侧面及水口壁面边界  39-42
    3.4.6 初始条件  42
  3.5 钢的物理性质  42-44
    3.5.1 相变温度  42-43
    3.5.2 密度  43
    3.5.3 比热  43
    3.5.4 凝固潜热  43
    3.5.5 导热系数  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第4章特大圆坯连铸水口与工艺参数的研究  45-77
  4.1 浸入式水口方案的比较  45-49
    4.1.1 直筒型水口  45-46
    4.1.2 多侧孔水口  46-47
    4.1.3 多侧孔旋流水口  47-49
  4.2 不同浸入式水口的仿真分析及对比  49-56
    4.2.1 模拟的边界条件  49
    4.2.2 模型网格划分  49-51
    4.2.3 仿真结果的对比分析  51-56
  4.3 多孔旋流水口的参数选取  56-65
    4.3.1 出口数量  57-61
    4.3.2 水口角度  61-65
  4.4 连铸工艺参数的设计  65-75
    4.4.1 水口浸入深度  65-68
    4.4.2 钢液过热度  68-72
    4.4.3 拉坯速度  72-75
  4.5 本章小结  75-77
第5章特大圆坯结晶器液面波动的研究  77-84
  5.1 多相流模型简介  77-78
  5.2 结晶器内钢水流动及液面波动模型的建立  78-83
    5.2.1 基本假设  78-79
    5.2.2 计算的控制方程  79-81
    5.2.3 几何模型的建立及网格划分  81-82
    5.2.4 边界条件及物性参数  82-83
    5.2.5 仿真结果分析  83
  5.3 本章小结  83-84
结论  84-86
参考文献  86-92
致谢  92-93
作者简介  93

特大圆坯结晶器内钢液流场及传热的研究

内容摘要

全文目录

相似论文