本文以某鋼廠單流薄板坯中間包為原型,應(yīng)用針對(duì)微米級(jí)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(jí)控流裝置,探索新型中間包結(jié)構(gòu)。通過數(shù)學(xué)模擬與物理模擬相結(jié)合的方法,對(duì)不同結(jié)構(gòu)的新型中間包對(duì)鋼液流場(chǎng)及≤10μm夾雜物去除效果進(jìn)行分析評(píng)估;采用數(shù)學(xué)模擬方法,應(yīng)用離散相模型和湍流模型,對(duì)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(chǎng)與小顆粒夾雜物運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并對(duì)采用多級(jí)控流裝置的新型中間包整體進(jìn)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(jī)玻璃水模型,完成了流場(chǎng)顯示實(shí)驗(yàn)、RTD曲線測(cè)定和微米級(jí)夾雜物去除模擬,對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證與對(duì)比,主要結(jié)論如下:夾雜物模擬結(jié)果表明:微米級(jí)夾雜物的運(yùn)動(dòng)軌跡與鋼液的流動(dòng)軌跡基本一致,表明小顆粒夾雜物的運(yùn)動(dòng)受流場(chǎng)影響顯著,而控流裝置對(duì)中間包流場(chǎng)的精細(xì)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(duì)微米級(jí)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(dá)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?jǐn)?shù)均高于原型中間包,最大升幅超過68%,同時(shí)大多數(shù)設(shè)計(jì)方案的死區(qū)體積分?jǐn)?shù)也低于原型中間包,鋼液混勻效果較好。流場(chǎng)模擬結(jié)果表明:擋墻開孔方式與斜向上30°傾角導(dǎo)流孔設(shè)計(jì)能直接改變鋼液流場(chǎng),減少短路流發(fā)生,提升中間包下游區(qū)鋼液頂面流動(dòng)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(qiáng)度向上旋流,利于鋼液混勻和向中心聚集,促進(jìn)夾雜物碰撞長(zhǎng)大,同時(shí)不易造成卷渣、鋼液裸露。導(dǎo)流孔牽引效應(yīng)導(dǎo)致導(dǎo)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(jìn)入該區(qū)域會(huì)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(yīng)。數(shù)學(xué)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(yīng)去除率18.35%。
【學(xué)位單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(jìn)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(jìn)入結(jié)晶器過程中會(huì)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(jī)理過濾器去除夾雜物主要有三種機(jī)理，如圖1.3所示[21]。圖1.3 過濾器不同機(jī)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(jī)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(huì)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(jī)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(hù)渣等。（2）濾餅過濾。此類機(jī)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(dāng)于優(yōu)質(zhì)的過濾層，發(fā)揮更強(qiáng)的效果。（3）深床或深層過濾。此類機(jī)理如圖1.3(c)所示，能用于實(shí)現(xiàn)對(duì)微細(xì)雜質(zhì)的過濾過程。微細(xì)夾雜被逐步吸附在裝置內(nèi)部的通道表面，運(yùn)動(dòng)到達(dá)表面主要依靠自身慣性和流體推動(dòng)
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王琪;趙超;李雙林;車福新;;板坯中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究[J];北方釩鈦;2018年03期

2 ;連鑄中間包鋼水導(dǎo)分流技術(shù)[J];漣鋼科技與管理;2010年02期

3 陳豪衛(wèi);王愛敏;;單流連鑄中間包內(nèi)流場(chǎng)數(shù)值模擬[J];萊鋼科技;2012年01期

4 和建章;;連鑄中間包在煉鋼廠的應(yīng)用[J];梅山科技;2002年02期

5 陳志平;劉建榮;袁勤;;煉鋼廠連鑄中間包包蓋的改造[J];梅山科技;2000年03期

6 劉歡;韓孝永;劉體晉;章玉成;;梅山連鑄中間包水模擬試驗(yàn)研究[J];梅山科技;1999年01期

7 趙巖;邢國(guó)成;雷洪;;兩流非對(duì)稱中間包內(nèi)夾雜物行為[J];工業(yè)加熱;2017年06期

8 關(guān)巖;欒艦;羅旭東;欒旭;;基于材料類“卓越工程師計(jì)劃”的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)踐——中間包用不定形耐火材料的性能影響因素分析[J];課程教育研究;2017年20期

9 劉綱;李士琦;李京社;張興中;張新建;常進(jìn);;基于中間包冶金工藝優(yōu)化對(duì)鋼液溫度場(chǎng)的研究[J];連鑄;2016年06期

10 陳軍利;郝陽(yáng);李任春;李太全;;邯鋼32t 8流連鑄中間包流場(chǎng)的優(yōu)化研究[J];特殊鋼;2017年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 蘇志祁;具有覆蓋層條件下中間包鋼水液位測(cè)量方法的研究[D];東北大學(xué);2017年

2 黃軍;中間包全尺度物理模擬平臺(tái)的建立及應(yīng)用研究[D];東北大學(xué);2017年

3 詹樹華;幾種化工及冶金反應(yīng)器內(nèi)多相流動(dòng)傳輸現(xiàn)象的模擬研究[D];中南大學(xué);2004年

4 張美杰;中間包氣幕擋墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其夾雜物去除的數(shù)學(xué)物理模擬研究[D];武漢科技大學(xué);2006年

5 李嬌;多爐連澆大鋼錠中間包內(nèi)流體流動(dòng)行為研究[D];重慶大學(xué);2011年

6 馬天牧;煉鋼—連鑄批量計(jì)劃智能優(yōu)化編制方法[D];東北大學(xué);2014年

7 周海斌;寬厚板坯連鑄過程非金屬夾雜物的控制研究[D];東北大學(xué);2009年

8 祖凌宇;針對(duì)方坯拉速擾動(dòng)和中間包鋼水溫度非穩(wěn)態(tài)的二冷配水控制的研究[D];東北大學(xué);2011年

9 周春林;應(yīng)用釩鈦磁鐵礦生產(chǎn)高品質(zhì)鋼鐵材料關(guān)鍵技術(shù)問題的研究[D];東北大學(xué);2013年

10 陳偉;H型鋼異型坯表面裂紋和潔凈度控制研究[D];燕山大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 董曉森;能去除微米級(jí)夾雜物的新型中間包物理與數(shù)值模擬研究[D];武漢科技大學(xué);2019年

2 畢乾;通道式感應(yīng)加熱中間包內(nèi)夾雜物碰撞長(zhǎng)大去除行為[D];東北大學(xué);2015年

3 陳萍;連鑄中間包流動(dòng)狀態(tài)表征和評(píng)價(jià)的研究[D];東北大學(xué);2015年

4 徐文亮;中間包微孔吹氬技術(shù)的模擬研究[D];遼寧科技大學(xué);2018年

5 崔征;小型真空感應(yīng)爐中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D];西安建筑科技大學(xué);2018年

6 詹中華;納米折射保溫板對(duì)40t單流中間包保溫性能的影響研究[D];昆明理工大學(xué);2018年

7 魏文哲;電磁感應(yīng)加熱中間包疊片鐵芯磁熱特性研究[D];東北大學(xué);2015年

8 邢方圓;鋁的五流連鑄中間包控流裝置模擬研究[D];大連理工大學(xué);2018年

9 黃含哲;鋼包起旋高度控制及五流中間包控流裝置優(yōu)化物理模擬研究[D];重慶大學(xué);2018年

10 潘京大;三流中間包鋼液流場(chǎng)數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];燕山大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2874625