【摘要】：結晶器內(nèi)的鋼液流動、傳熱、凝固間的耦合行為直接影響鋼的純凈度、質(zhì)量以及坯殼內(nèi)部的形狀,因此,研究結晶器內(nèi)的鋼液流動及傳熱凝固規(guī)律,對于獲得良好的鑄坯質(zhì)量、提高連鑄生產(chǎn)效率以及潔凈鋼的生產(chǎn)具有重要意義。本文以寬厚板連鑄結晶器為研究對象,采用順序耦合模擬法,建立了鋼液流動及傳熱凝固耦合三維數(shù)學模型,鋼液流動采用高雷諾數(shù)標準k-ε模型,流動及傳熱凝固耦合采用低雷諾數(shù)湍流和凝固熔化模型,為解決兩相區(qū)內(nèi)動力源項和潛熱源項綜合非線性特征對鋼液凝固傳熱的影響,采用FLUENT中二次開發(fā)功能將熱浮力和凝固潛熱源項加載到求解器當中,并選擇更加合理的傳熱邊界條件,從而實現(xiàn)結晶器內(nèi)鋼液兩相區(qū)流熱固耦合過程。本文重點研究了水口結構和連鑄工藝參數(shù)與結晶器鋼液流動的聯(lián)系,探究了鋼液流動及傳熱凝固耦合行為規(guī)律。首先通過求解鋼液流動方程,分析結晶器內(nèi)鋼液流場特征,考察水口浸入深度、傾角和拉速等參數(shù)對流場的作用。結果表明:鑄機拉速影響流場整體流速,水口傾斜度影響回流區(qū)大小,水口浸入深度影響沖擊深度;拉速為1.0m/min,水口深度為140mm～170mm,傾斜度為-15°～-20°時,流場整體流速較為穩(wěn)定�；诹鲃有袨榈难芯�,然后將收斂的流動方程計算結果作為傳熱凝固的初始條件,同時加載熱浮力和凝固潛熱源項,探討鋼液流動及傳熱凝固耦合行為。結果表明:距結晶器底部600mm傳熱受鋼液流動影響顯著,鋼液沖擊坯殼速度越大,相應位置凝殼越薄,距結晶器頂端400～800mm區(qū)域存在高速沖刷區(qū),要重點監(jiān)測結晶器600mm以上的區(qū)域以防止鋼液流動傳熱抑制初生凝殼生長;寬面坯殼增長最快,角部最慢,出口坯殼分布呈現(xiàn)中間厚邊緣薄分布,需要測量邊角距窄面40mm處凝殼厚度。最后對比分析拉速和鋼液澆注溫度等工藝參數(shù)對結晶器整體熱流分布、鑄坯特征點溫度場變化與凝固坯殼生長的影響。研究發(fā)現(xiàn),拉速每增加25%,熱流平均增加16.3%,出口鑄坯溫度平均升高45K,坯殼厚度平均減薄3.4mm;過熱度每增加15K,熱流平均增加6.5%,出口鑄坯溫度平均升高19K,坯殼減薄3%～4%,說明拉速對鑄坯凝固傳熱的影響比澆注溫度更顯著。所以,為使坯殼厚度滿足冶金原則,拉速應選在0.8～1.0m/min,控制鋼液過熱度在20～30K。
【圖文】：

遼寧科技大學碩士學位論文1. 緒論續(xù)鑄鋼概述續(xù)鑄鋼的設備工藝及其優(yōu)越性鑄鋼是指通過連續(xù)鑄造機，將鋼液進行澆注、冷卻、切割，，得流程，它是聯(lián)結煉鋼和軋鋼工藝的紐帶，是鋼水固化必不可少的順行性不僅關乎煉鋼生產(chǎn)產(chǎn)量，還影響軋制產(chǎn)品的成材率。設備是由鋼包轉臺、中間包、結晶器、結晶器振動裝置、二次冷、切割裝置和鑄坯拉出裝置等部分構成[1]，如圖 1.1 所示。

此型效果最好；組合式水口碗口為半球形，多與中間包水口配合使用。a)側孔型；b)單孔直通型；c)組合型；d)異形薄壁型圖1.2 浸入式水口的分類Fig. 1.2 Classification of submerged entry nozzle1.2 連鑄冶金過程中鋼液流動-傳熱-凝固行為的研究進展結晶器內(nèi)鋼液傳質(zhì)傳熱體系的研究難點在于流體流動及傳熱固化的相互耦合作用，但是伴隨著計算機技術革新和計算流體力學發(fā)展，物理實驗技術和數(shù)學數(shù)值模擬技術不斷完善，采用數(shù)學物理方法對結晶器內(nèi)鋼液流動傳熱、坯殼凝固行為研究顯得快捷簡便，為此國內(nèi)外諸多專家和學者對結晶器進行了物理實驗和數(shù)學建模研究，本文將前人的研究結果進行總結，綜述如下。1.2.1 結晶器內(nèi)鋼液流動物理實驗方法的研究進展由于實際冶金過程的不可操作性和危險性，直接進行鋼液流動的實驗存在困難，但是隨著相似原理理論的發(fā)展，所以采用相似準數(shù)水模型實驗可以很準確地研究結晶器鋼液的流動行為。日本研究者 Audrzejewski[13]使用了 3:1 模型研究了耦合模型中鋼液頂面波動和速度對鋼液卷渣的作用，結合工業(yè)試驗結果引入 F 數(shù)評價板坯結晶器鋼液卷渣情況
【學位授予單位】：遼寧科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TF777;TK124

【參考文獻】

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1 李婧;王同敏;武立;伏洪旺;李廷舉;;連鑄結晶器數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];鑄造技術;2011年07期

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1 王朋飛;薄板坯結晶器內(nèi)三維凝固有限元分析[D];華北理工大學;2016年

2 李天衣;寬厚板連鑄結晶器內(nèi)流動—傳熱—凝固耦合模擬[D];大連理工大學;2015年

3 王宇佳;寬厚連鑄板坯動態(tài)輕壓下壓下工藝參數(shù)研究[D];東北大學;2014年

4 李俠;薄板坯結晶器鋼液流動及傳熱凝固行為的研究[D];燕山大學;2012年

5 朱杰;多孔介質(zhì)內(nèi)的相變傳熱傳質(zhì)過程研究[D];大連理工大學;2006年

本文編號：2632886