【摘要】：結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動(dòng)、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(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動(dòng)及傳熱凝固規(guī)律,對(duì)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(jié)晶器為研究對(duì)象,采用順序耦合模擬法,建立了鋼液流動(dòng)及傳熱凝固耦合三維數(shù)學(xué)模型,鋼液流動(dòng)采用高雷諾數(shù)標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型,流動(dòng)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(dòng)力源項(xiàng)和潛熱源項(xiàng)綜合非線性特征對(duì)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(xiàng)加載到求解器當(dāng)中,并選擇更加合理的傳熱邊界條件,從而實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器內(nèi)鋼液兩相區(qū)流熱固耦合過程。本文重點(diǎn)研究了水口結(jié)構(gòu)和連鑄工藝參數(shù)與結(jié)晶器鋼液流動(dòng)的聯(lián)系,探究了鋼液流動(dòng)及傳熱凝固耦合行為規(guī)律。首先通過求解鋼液流動(dòng)方程,分析結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)特征,考察水口浸入深度、傾角和拉速等參數(shù)對(duì)流場(chǎng)的作用。結(jié)果表明:鑄機(jī)拉速影響流場(chǎng)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(shí),流場(chǎng)整體流速較為穩(wěn)定�；诹鲃�(dòng)行為的研究,然后將收斂的流動(dòng)方程計(jì)算結(jié)果作為傳熱凝固的初始條件,同時(shí)加載熱浮力和凝固潛熱源項(xiàng),探討鋼液流動(dòng)及傳熱凝固耦合行為。結(jié)果表明:距結(jié)晶器底部600mm傳熱受鋼液流動(dòng)影響顯著,鋼液沖擊坯殼速度越大,相應(yīng)位置凝殼越薄,距結(jié)晶器頂端400～800mm區(qū)域存在高速?zèng)_刷區(qū),要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)晶器600mm以上的區(qū)域以防止鋼液流動(dòng)傳熱抑制初生凝殼生長(zhǎng);寬面坯殼增長(zhǎng)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(cè)量邊角距窄面40mm處凝殼厚度。最后對(duì)比分析拉速和鋼液澆注溫度等工藝參數(shù)對(duì)結(jié)晶器整體熱流分布、鑄坯特征點(diǎn)溫度場(chǎng)變化與凝固坯殼生長(zhǎng)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(duì)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(yīng)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(xué)碩士學(xué)位論文1. 緒論續(xù)鑄鋼概述續(xù)鑄鋼的設(shè)備工藝及其優(yōu)越性鑄鋼是指通過連續(xù)鑄造機(jī)，將鋼液進(jìn)行澆注、冷卻、切割，，得流程，它是聯(lián)結(jié)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(guān)乎煉鋼生產(chǎn)產(chǎn)量，還影響軋制產(chǎn)品的成材率。設(shè)備是由鋼包轉(zhuǎn)臺(tái)、中間包、結(jié)晶器、結(jié)晶器振動(dòng)裝置、二次冷、切割裝置和鑄坯拉出裝置等部分構(gòu)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(cè)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(dòng)-傳熱-凝固行為的研究進(jìn)展結(jié)晶器內(nèi)鋼液傳質(zhì)傳熱體系的研究難點(diǎn)在于流體流動(dòng)及傳熱固化的相互耦合作用，但是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)革新和計(jì)算流體力學(xué)發(fā)展，物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)和數(shù)學(xué)數(shù)值模擬技術(shù)不斷完善，采用數(shù)學(xué)物理方法對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)傳熱、坯殼凝固行為研究顯得快捷簡(jiǎn)便，為此國內(nèi)外諸多專家和學(xué)者對(duì)結(jié)晶器進(jìn)行了物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)建模研究，本文將前人的研究結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，綜述如下。1.2.1 結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)物理實(shí)驗(yàn)方法的研究進(jìn)展由于實(shí)際冶金過程的不可操作性和危險(xiǎn)性，直接進(jìn)行鋼液流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)數(shù)水模型實(shí)驗(yàn)可以很準(zhǔn)確地研究結(jié)晶器鋼液的流動(dòng)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(dòng)和速度對(duì)鋼液卷渣的作用，結(jié)合工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果引入 F 數(shù)評(píng)價(jià)板坯結(jié)晶器鋼液卷渣情況
【學(xué)位授予單位】：遼寧科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TF777;TK124

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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

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

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

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

4 李俠;薄板坯結(jié)晶器鋼液流動(dòng)及傳熱凝固行為的研究[D];燕山大學(xué);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(xué);2006年

本文編號(hào)：2632886