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六流中间包控流装置的研究

作　者: 谢长川
导　师: 于学斌
学　校: 武汉科技大学
专　业: 冶金工程
关键词: 中间包物理模拟数学模拟控流装置 RTD曲线不对称度
分类号: TF341.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

本文以涟源钢铁公司的六机六流连铸机中间包为研究对象，采用1：3的有机玻璃模型、PHOENICS软件，分别对现场使用的A型、B型挡墙和我们设计的C型、D型、E型挡墙以及特殊冲击板进行了物理、数学模拟研究。通过对不同情况下钢液在中间包内的平均停留时间的分析，不对称度的计算以及RTD曲线的分析和夹杂物上浮率的计算，中间包内流体速度场的对比等，得出以下结论： (1)原设计A型挡墙，使中间包内的冲击区体积太小，冲击区内钢液混合不均匀，而且挡墙开孔方式不适当，导致中间包内的死区体积、不对称度较大。使用B型挡墙时，中间包内的冲击区体积较大，钢液的混合充分，和A型比钢液在中间包内的平均停留时间延长很多，挡墙的形式可取。但挡墙开孔方式不恰当，造成2#、3#(4#、5#)流短路，而且挡墙孔出流直接冲击3#(4#)塞棒，使3#(4#)塞棒抖动。仍然存在各流间温度差过大的问题，使操作困难。 (2)C型挡墙，冲击区体积较小，钢液混合不均匀，钢液在整个中间包内的平均停留时间较短。但各流之间的平均停留时间差较小，开孔方式可取。 (3)D型、E型挡墙基本保留了B型挡墙的形状，采用了C型挡墙的开孔方式。其中D型43、46、48包次实验，E型40、50包次实验，流体在中间包内的平均停留时间较长，都在350秒以上，而且各流之间的平均停留时间差很小，都低于32秒。计算出的中间包不对称度较低，夹杂物上浮率较高，而且各流的夹杂物上浮率比较均匀。挡墙的形状简单，安装方便，性能可靠，可以运用于生产实际中。 (4)冲击区加坝，可以促使冲击区内钢液上翻，使钢液混合更均匀，有利于延长钢液在冲击区的停留时间和冲击区钢液中的夹杂物上浮。在浇注区2#、3#(4#、5#)水口之间加坝，可以消除2#(5#)水口处的短路流，增加中间包内的活塞流体积。 (5)特殊冲击板的使用，促使中间包入流在特殊冲击板内上翻，有利于冲击区内钢液的混合、夹杂物的上浮，同时减少了钢液对中间包后壁、挡墙的冲刷，延长了它们的使用寿命。能够提高中间包内活塞流的体积，且有利于夹杂物的上浮。 (6)本文在计算多流中间包的活塞流体积时，根据到达各水口示踪剂量的不同，采取加权平均的计算方法，以到达各水口示踪剂量所占的百分率为权来计算整个中间包的响应时间(峰值时间)，从而求得中间包控流装置的研究活塞流体积c所得结果比用直接测得的三个流的响应时间（峰值时间）的算术平均值更准确。（7）计算央杂物的上浮率，本文分别采用了组合模型和直接利用 RTD曲线的方法。直接用RTD曲线计算出的夹杂物上浮率，与实际情况更一致。对于多流中间包，直接用RTD 曲线的方法还可计算出各流．…。。…＿。…＿＿．＿。…．＿＿…．．＿。、。＿－的夹杂物卜浮率，能够更好地对比各种挡墙的效果。

全文目录

第一章绪论  9-25
  §1．1 中间包内钢液流动的物理模拟  9-13
    1．1．1 模拟材料  9
    1．1．2 物理模拟相似原理  9-11
    1．1．3 研究方法  11-13
  §1．2 中间包内钢液流动的数学模拟  13-17
    1．2．1 流体运动的基本方程  14-15
    1．2．2 湍流模型的基本方程  15-16
    1．2．3 边界条件与假设条件  16
    1．2．4 数值求解  16-17
  §1．3 中间包钢液流动状态与夹杂物去除的关系  17-19
  §1．4 近年来关于中间包内钢液流动状态的研究  19-24
    1．4．1 中间包形状对流场的影响  19-21
    1．4．2 中间包各种控流装置、措施对流场的影响  21-23
    1．4．3 非稳态下中间包流场的研究  23-24
  §1．5 本课题的提出和意义  24-25
第二章六流中间包内钢液流动的物理模拟  25-34
  §2．1 现场情况简介  25
  §2．2 水模型系统的建立  25-27
    2．2．1 实验参数的确定  25-26
    2．2．2 实验装置  26-27
  §2．3 实验方案设计  27-30
  §2．4 实验方法、内容  30-34
    2．4．1 平均停留时间的测定  30-32
    2．4．2 流场染色实验  32-33
    2．4．3 中间包水口旋涡卷渣临界高度的测定  33-34
第三章实验结果与分析  34-46
  §3．1 中间包内活塞流、全混流、死区的体积比  34-37
  §3．2 中间包不对称度的计算  37-38
  §3．3 停留时间分布曲线和流场照片的分析  38-44
    3．3．1 停留时间分布曲线的分析  38-43
    3．3．2 流场照片的分析  43-44
  §3．4 旋涡卷渣临界高度分析  44-46
    3．4．1 旋涡形成的机理  44
    3．4．2 实验结果  44-45
    3．4．3 浇注中的防下渣  45-46
第四章中间包内夹杂物上浮率的计算与分析  46-54
  §4．1 中间包内夹杂物去除机理  46-47
    4．1．1 上浮去除  46-47
    4．1．2 碰撞去除  47
    4．1．3 粘附去除  47
  §4．2 用反应器组合模型计算夹杂物上浮率  47-50
  §4．3 根据RTD曲线计算夹杂物上浮率  50-54
第五章六流中间包内钢液流动的数学模拟  54-69
  §5．1 流场计算的基本理论  54-59
    5．1．1 湍流模型的基本方程及相应的求解模型  54-56
    5．1．2 数值求解方法  56-59
  §5．2 PHOENICS软件简介  59-61
    5．2．1 PHOENICS软件的组成  59-60
    5．2．2 PHOENICS软件的特点  60-61
  §5．3 六流中间包的数学模拟  61-68
    5．3．1 计算中间包流场的方程与边界条件  61-62
    5．3．2 源项的处理  62
    5．3．3 网格的划分  62-64
    5．3．4 中间包流场的计算结果  64-68
  §5．4 本章小结  68-69
第六章特殊冲击板的实验结果与分析  69-75
  §6．1 特殊冲击板的物理模拟  69-72
  §6．2 特殊冲击板的数学模拟  72-75
第七章结论  75-77
参考文献  77-81
附录一  81-85
附录二  85-87
附录三  87-88
致谢  88

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