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低过热度浇铸的连铸中间包温度控制研究

作　者: 乔燕
导　师: 朱苗勇
学　校: 东北大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 连铸中间包烘烤工艺等离子加热非稳态浇铸数值模拟
分类号: TF777
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

连铸钢水过热度是保证连铸产量和铸坯质量的关键工艺参数之一,低过热度浇铸不仅可以实现高拉速,减少溢漏事故,提高铸坯内外部质量,同时也可以降低出钢温度,提高炉衬使用寿命等。为了降低中间包钢水过热度,目前主要通过中间包烘烤及中间包等离子加热等钢水温度补偿措施实现。针对中间包低过热度浇铸存在的问题,本文以常规板坯连铸中间包为原型,建立了中间包烘烤过程及中间包等离子加热浇铸过程的三维传热数学模型,研究内容和已获得的结果如下:(1)新设计了两种中间包烘烤方案,通过计算对比烘烤终点包衬温度分布发现,新设计的72min烘烤制度和81min烘烤制度的烘烤终点温度比传统的120min烘烤制度的烘烤温度均匀性好,高温区域明显扩大。由中间包烘烤瞬态温度分布曲线看出,新设计的烘烤方案升温速率快且升温较为平稳,并未出现较大的温度波动。0～20min为快速升温阶段,20min后升温速度相对减缓。(2)新设计的两种烘烤制度煤气用量少,且烘烤时间缩短,烘烤效果优于传统烘烤方式。其中81min烘烤方案煤气用量比传统烘烤方案煤气用量节省162Nm~3,约占燃料总量的14%,烘烤时间缩短39min。72min烘烤方案煤气用量比传统烘烤方案煤气用量节省192Nm~3,约占燃料总量的16.5%,烘烤时间缩短48min。新设计的烘烤制度可为现场实际烘烤过程提供指导。虽然72min烘烤的效果优于81min烘烤,但其烘烤燃料流量跳跃性较大,对中间包包衬的材料提出更严格的要求,因此在采用此方案时应当慎重考虑。(3)以最佳的中间包烘烤方案为基础计算了中间包等离子加热过程,由于在中间包等离子加热浇铸中引入了底吹氩,使得中间包浇铸的流场发生了变化,中间包流场变的更为复杂。由出口钢液温度变化可知,普通浇铸过程中,中间包钢液温度波动较大,每包次浇铸的温差各不相同,浇铸的第一包钢液温降达到40℃左右,随着浇铸包次的增加,最终每包的温差稳定在10℃以下。等离子加热过程中,除了第一包浇铸不够稳定,温降约为26℃,其余四包的温度基本控制在同一个水平,最终每包的温差稳定在2-3℃左右。可见等离子加热可有效控制中间包出钢温度。(4)与普通浇铸过程对比可以看出,在开浇,换包及终浇阶段应用等离子加热后,中间包内钢液的温度得到了及时的补偿。出钢温度显著提高。因此,在相同的目标出钢温度要求下,可适当降低转炉出钢温度。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-23
  1.1 低过热度浇铸的意义与现状  11-14
    1.1.1 低过热度浇铸的意义  11-12
    1.1.2 低过热度浇铸的现状  12-14
  1.2 中间包冶金功能与热损失分析  14-17
    1.2.1 中间包冶金功能  14-16
    1.2.2 中间包热损失分析  16-17
  1.3 中间包在低过热度浇铸的作用与研究进展  17-19
    1.3.1 中间包在低过热度浇铸的作用  17-18
    1.3.2 中间包低过热度浇铸的研究进展  18-19
  1.4 本文研究的主要研究内容和意义  19-23
    1.4.1 本文的主要研究内容  19-20
    1.4.2 本文的主要研究意义  20-23
第二章中间包烘烤工艺优化设计数学模型  23-36
  2.1 气相湍流流动模型  23-27
    2.1.1 燃烧的基本方程  23-24
    2.1.2 湍流流动控制方程  24-25
    2.1.3 k-ε双方程模型  25-27
  2.2 湍流气相燃烧模型  27-28
  2.3 辐射传热模型  28-30
  2.4 NOx生成模型  30
  2.5 中间包烘烤几何模型的尺寸  30-31
  2.6 解析区域及网格划分  31-34
    2.6.1 解析区域  31-33
    2.6.2 网格划分  33-34
  2.7 求解方法及边界条件  34-35
    2.7.1 求解方法  34
    2.7.2 边界条件  34-35
  2.8 本章小结  35-36
第三章等离子加热中间包过程的数学模型  36-42
  3.1 湍流流动模型  36-38
    3.1.1 基本假设  36
    3.1.2 流动基本方程  36-37
    3.1.3 气泡运动方程  37-38
  3.2 计算网格和边界条件  38-39
    3.2.1 计算网格  38-39
    3.2.2 边界条件  39
  3.3 定解条件  39-40
  3.4 本章小结  40-42
第四章中间包低过热度浇铸过程数值模拟  42-62
  4.1 中间包烘烤工艺对中间包温度的影响规律  42-50
    4.1.1 数值模拟的中间包烘烤方案  42-43
    4.1.2 中间包烘烤终点结果分析  43-48
    4.1.3 中间包烘烤瞬态模拟结果分析  48-50
  4.2 中间包等离子加热对浇铸工艺的影响  50-59
    4.2.1 中间包内钢液流场数值模拟分析  50-52
    4.2.2 中间包等离子加热浇铸钢液温度控制分析  52-55
    4.2.3 中间包内钢液温度场对比分析  55-59
  4.3 本章小结  59-62
第五章结论  62-64
参考文献  64-68
致谢  68-70
论文包含图、表、公式及文献  70

低过热度浇铸的连铸中间包温度控制研究

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