本文以某鋼廠單流薄板坯中間包為原型,應用針對微米級夾雜物去除而新開發(fā)的雙層多孔擋墻及旋流型湍流抑制器二級控流裝置,探索新型中間包結(jié)構(gòu)。通過數(shù)學模擬與物理模擬相結(jié)合的方法,對不同結(jié)構(gòu)的新型中間包對鋼液流場及≤10μm夾雜物去除效果進行分析評估;采用數(shù)學模擬方法,應用離散相模型和湍流模型,對雙層填料擋墻局部區(qū)域建模,探究了雙層擋墻的內(nèi)部流場與小顆粒夾雜物運動規(guī)律,并對采用多級控流裝置的新型中間包整體進行模擬優(yōu)化;采用物理模擬方法,建立了1:2.5的中間包有機玻璃水模型,完成了流場顯示實驗、RTD曲線測定和微米級夾雜物去除模擬,對數(shù)學模型進行驗證與對比,主要結(jié)論如下:夾雜物模擬結(jié)果表明:微米級夾雜物的運動軌跡與鋼液的流動軌跡基本一致,表明小顆粒夾雜物的運動受流場影響顯著,而控流裝置對中間包流場的精細化調(diào)整能力為有效地提升≤10μm夾雜物的去除提供了可行方法。雙層填料擋墻局部模擬結(jié)果表明:填料層對微米級夾雜物的捕捉、過濾能力使帶填料雙層擋墻的整體去除率顯著高于無填料雙層擋墻,最高去除率高達88.64%,為無填料擋墻中最低去除率的2倍以上。RTD曲線分析表明:新型中間包各方案的活塞區(qū)體積分數(shù)均高于原型中間包,最大升幅超過68%,同時大多數(shù)設計方案的死區(qū)體積分數(shù)也低于原型中間包,鋼液混勻效果較好。流場模擬結(jié)果表明:擋墻開孔方式與斜向上30°傾角導流孔設計能直接改變鋼液流場,減少短路流發(fā)生,提升中間包下游區(qū)鋼液頂面流動的延伸距離,從而顯著提高夾雜物的去除;月牙形湍流抑制器在注流區(qū)能形成更高強度向上旋流,利于鋼液混勻和向中心聚集,促進夾雜物碰撞長大,同時不易造成卷渣、鋼液裸露。導流孔牽引效應導致導流孔外部出現(xiàn)明顯的高速流區(qū)域,而鋼液或夾雜物一旦進入該區(qū)域會出現(xiàn)速度突變現(xiàn)象,很難再次脫離,研究表明速度突變位置在距離擋墻30~100mm以內(nèi),其中月牙形湍流抑制器能削弱該效應。數(shù)學模擬與物理模擬的結(jié)果基本吻合,其中≤10μm夾雜物去除效果較好的方案為采用“月牙形湍流抑制器+X型開孔方式擋墻+47.5mm直徑填料球”的中間包,去除率約為87.84%,超過原型中間包相應去除率18.35%。
【學位單位】：武漢科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TF341.6
【部分圖文】：

圖 1.1 連鑄過程示意圖大量不同粒徑的夾雜物隨鋼液進入鑄坯不僅影響其純凈度，還易造成不同表面和內(nèi)部缺陷，如偏析、疏松、裂紋等，這直接影響鑄坯的加工能力和最的質(zhì)量[2]。此外夾雜物從中間包進入結(jié)晶器過程中會不斷沉積在浸入式水口

常見湍流抑制器示意圖

51.2.4.1 過濾機理過濾器去除夾雜物主要有三種機理，如圖1.3所示[21]。圖1.3 過濾器不同機理示意圖(a-篩網(wǎng)過濾；b-濾餅過濾；c-深床/深層過濾)（1）篩網(wǎng)過濾。此類機理如圖1.3(a)所示，屬物理過程。所有超出篩網(wǎng)尺寸的非流體雜質(zhì)都會被擋在外部表面，而低于其網(wǎng)徑的雜質(zhì)能和流體共同穿透裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種過濾機理適用于大粒徑的雜質(zhì)顆粒，常見于連鑄過程內(nèi)脫落的壁面材料、保護渣等。（2）濾餅過濾。此類機理如圖1.3(b)所示，非流體雜質(zhì)被裝置攔截在外表面并逐漸沉積，最終發(fā)展為所謂的濾餅結(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)相當于優(yōu)質(zhì)的過濾層，發(fā)揮更強的效果。（3）深床或深層過濾。此類機理如圖1.3(c)所示，能用于實現(xiàn)對微細雜質(zhì)的過濾過程。微細夾雜被逐步吸附在裝置內(nèi)部的通道表面，運動到達表面主要依靠自身慣性和流體推動
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本文編號：2874625