本文采用物理模擬和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對薄板坯連鑄結(jié)晶器新型浸入式水口對結(jié)晶器內(nèi)流場優(yōu)化、對卷渣行為的影響等方面進(jìn)行研究。研究并驗(yàn)證了新型耗散型浸入式水口的控流效果和應(yīng)用的可行性。首先通過調(diào)研近些年來有關(guān)結(jié)晶器浸入式水口的研究進(jìn)展,明確了優(yōu)化浸入式水口結(jié)構(gòu)的研究方向。然后評估了三種在計(jì)算結(jié)晶器內(nèi)卷渣行為時(shí)應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型,分析驗(yàn)證了各個(gè)數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用效果。本文對雷諾平均方法（RANS）、大渦模擬模型（LES）和近來備受關(guān)注的新型分離渦（DES）數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了評估。結(jié)果表明,分離渦模型（DES）在浸入式水口和結(jié)晶器內(nèi)湍流流動的仿真方面比雷諾平均數(shù)學(xué)模型（RANS）和大渦模擬模型（LES）表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。針對物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)晶器內(nèi)鋼渣兩相流的問題,跟據(jù)白金漢π定理對物理模擬需要滿足的相似準(zhǔn)則進(jìn)行了推導(dǎo),得出應(yīng)滿足We,Re,Fr,ρ1/ρ2,η1/η2這些參數(shù)均相似。對日常生活中能夠接觸到實(shí)驗(yàn)用油進(jìn)行了對比分析,找到能夠最大程度滿足結(jié)晶器卷渣現(xiàn)象水模擬實(shí)驗(yàn)需要的最佳用油（硅油AK 0.65,密度比～1.3）,并依據(jù)其與水的界面張力確定了水模型相似比（λ=0.5）。對結(jié)晶器內(nèi)發(fā)生卷渣的主要形... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１連鑄結(jié)晶器內(nèi)工藝原理示意圖??長期以來，對連鑄過程結(jié)晶器的研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)中，物理模擬和數(shù)學(xué)模??

?薄板坯連鑄結(jié)晶器中的流動控制研宄???Ｆ?＝?ｐＱＬＶ！；｛ｌ－ｓｍｅ＇）?／（４Ｄ）?（１－１）??式中：ｐ－鋼水的密度，ｋｇ／ｍ３；?鋼水的流量，ｍ３／ｓ；?０－注流撞擊窄面的??角度，°；?注流的撞擊速度，ｍ／ｓ；?撞擊點(diǎn)距自由面之間的距離，ｍ。??授入式木口?結(jié)品器窄＇面??Ｙ??圖２－２?Ｆ數(shù)的物理意義示意圖??他們的研宄表明，Ｆ數(shù)在２？４時(shí)，結(jié)晶器鋼水卷渣最不容易發(fā)生，鑄坯??及冷乳乳板的表面缺陷最校??綜上可知：利用水模型對結(jié)晶器內(nèi)流體流動和自由液面波動現(xiàn)象進(jìn)行研??宄，具有直觀、可動態(tài)實(shí)時(shí)地進(jìn)行控制測量等優(yōu)點(diǎn)，己成為普遍接受和廣泛??采用的研宄方法。但也存在著不足，如：受模型及水物性的限制，水模型不??能準(zhǔn)確模擬高溫下流體的運(yùn)動特點(diǎn)；鋼水在結(jié)晶器內(nèi)流動的過程中，受冷卻??作用，溫度是不均勻分布的，而水模型很難模擬出溫度差對流動的作用等等；??受實(shí)驗(yàn)條件限制，對采用如：電磁攪拌及電磁制動等先進(jìn)技術(shù)時(shí)結(jié)晶器內(nèi)流??場的模擬也是相當(dāng)困難的。為了全面地考察結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動情況，還需??要建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行更深入的研宄。??２．１．２結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動行為的數(shù)值模擬研究??數(shù)學(xué)模型可以對流動狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，它可以把模型實(shí)驗(yàn)所觀察到的現(xiàn)象??定性或定量地轉(zhuǎn)換成實(shí)際流動過程，為冶金容器的設(shè)計(jì)和制定合理的冶金工??藝制度提供依據(jù)。隨著連鑄技術(shù)的廣泛發(fā)展和應(yīng)用，近年來國內(nèi)外冶金界高??度重視結(jié)晶器內(nèi)流場的研宄，關(guān)于結(jié)晶器內(nèi)流場的研宄己有大量文獻(xiàn)報(bào)道：??張炯明［１５］，赫冀成［１６］，朱苗勇［１７，１８］，文光華［１９，２Ｑ］等采用數(shù)值模擬法研宄了結(jié)??晶器內(nèi)鋼液的流動情況，分析了浸入式水口的設(shè)計(jì)參數(shù)和

?薄板坯連鑄結(jié)晶器中的流動控制研究???０．５?ｍ／ｓ???Ｈ?１．０?ｎ／ｓ?Ｉ?Ｈ?１?５?ｎｒ／ｓ?Ｉ?，??＿＿＿??．：：－：：：：?．．；：；ｉｐ：：：：?＾＾：；ｌ??．：：邏?ｔ－：；：：?＇：！?Ｒｎ＿＿＿－ｉｍ??Ｕ．３?ｍ／ｍｍ．?１．０?ｍ＾ｍｉｎ?１５?ｍ／ｒｍｒ．??圖２－５拉速對結(jié)晶器內(nèi)流場的彩響??＾?Ｊ?＾??〇（＞１４?ｉｎ?（３＾＂ｉ?ｗｉｄｅ?ｍｏｌｒｌ?＊＊?Ｉ?Ｓ？＊ｌ?ｍ?ｉ？２＂?ｖ％ｉｉ１ｆ?ｍｏｌｄ??圖２－６結(jié)晶器寬度對結(jié)晶器內(nèi)流場的影響??Ｂ．Ｇ．?Ｔｈｏｍａｓ和Ｌ．Ｊ．?Ｍｉｋａ［２６］采用ＦＩＤＡＰ有限元模型計(jì)算了浸入式水口及??板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動情況。系統(tǒng)分析了計(jì)算區(qū)域的出口邊界條件、??入口邊界條件、水口傾角、浸入深度、拉速及板坯斷面寬度對流場的影響。??Ｓ．?Ｈｉｎｔｉｋｋａ?和?Ｋ．?Ｌｅｉｖｉｓｋａｌ２７］采用?ＦＩＤＡＰ?和?ＦＬＵＥＮＴ?軟件將浸入式水口??的計(jì)算結(jié)果和結(jié)晶器內(nèi)鋼液的模擬計(jì)算結(jié)合起來，研究表明：水口出口射流??的平均角度要比水口的設(shè)計(jì)角度下傾１０°?￣４０°；拉速是影響夾雜物上浮和結(jié)??晶器液面波動的最主要的因素；水口的浸入深度對彎月面的波動有很大的影??響。??ＨＵＡＢＡＩ和ＢＲＩＡＮ?Ｇ．?Ｔｈｏｍａｓ［２８］采用三維數(shù)學(xué)模型計(jì)算了浸入式水□內(nèi)??－６?－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋼包長水口內(nèi)小氣泡形成的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 樊安源,文光華,李敬想,唐萍.  煉鋼. 2015(02)
[2]Large-eddy simulation: Past, present and the future[J]. Yang Zhiyin.  Chinese Journal of Aeronautics. 2015(01)
[3]中間包導(dǎo)流擋板設(shè)計(jì)與冶金效果[J]. 許長軍,胡小東,胡林,汪琦,軒宗宇,王欣,陳興偉.  煉鋼. 2013(01)
[4]帶有特殊結(jié)構(gòu)的長水口[J]. 周川生,劉宇,程再晗.  連鑄. 2011(S1)
[5]中間包數(shù)值物理模擬優(yōu)化及冶金效果[J]. 馮捷,包燕平,唐德池.  鋼鐵. 2011(07)
[6]鋼包長水口形狀對中間包內(nèi)鋼液流動特性的影響[J]. 文光華,黃永鋒,唐萍,祝明妹.  重慶大學(xué)學(xué)報(bào). 2011(03)
[7]單側(cè)孔長水口優(yōu)化異型四流中間包流場[J]. 鮑家琳,趙巖,雷洪,張秀香,耿佃橋,赫冀成.  材料與冶金學(xué)報(bào). 2011(01)
[8]中間包底吹氬水模型試驗(yàn)及冶金效果[J]. 崔衡,唐德池,包燕平.  鋼鐵釩鈦. 2010(01)
[9]連鑄中間包內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)理模擬及冶金效果[J]. 唐海燕,于滿,李京社,包燕平,蔣靜,吉傳波,李濤.  北京科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2009(S1)
[10]復(fù)合結(jié)構(gòu)長水口熱應(yīng)力有限元分析[J]. 劉輝敏,李紅霞,孫加林,王金相.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2009(12)

博士論文
[1]鋼包長水口應(yīng)用于中間包湍流控制的基礎(chǔ)研究與實(shí)踐[D]. 張江山.北京科技大學(xué) 2017

碩士論文
[1]免預(yù)熱長壽命長水口的研制[D]. 王建筑.西安建筑科技大學(xué) 2012
[2]新型連鑄水口密封元件的制備及應(yīng)用[D]. 李凱.東北大學(xué) 2008



本文編號：3506089