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中间包是连铸工艺过程中的重要冶金反应器,其主要的冶金作用是通过设置控流装置,调整钢液流动状态,以达到均匀钢液温度和促进非金属夹杂物上浮的效果。本论文以四流异形连铸中间包为研究对象,采用数学模拟研究的方法,计算原中间包的流场分布;通过考察圆型湍流控制器高度、半径和顶缘厚度对四流连铸中间包流场分布和夹杂物上浮去除率的影响,得到了合理的湍流控制器尺寸。
数值结果表明:原中间包钢液流场分布呈现少回流,多短路流的状态,流场死区比较大,不利于中间包钢液成分和温度混合及夹杂物上浮去除:因此针对现有四流中间包结构不合理性提出改进措施一安装圆型湍流控制器。合理的湍流控制器尺寸一高度、半径和顶缘厚度分别为300mm-400mm、140mm-170mm和20mm。随着湍流控制器的高度不断增加,夹杂物的上浮排除率呈现先增加后减少的趋势。对比不同半径的湍流控制器,较小半径的湍流控制器中间包具更更好的夹杂物上浮去除效果。随着湍流控制器顶缘厚度增加,夹杂物上浮去除率呈现先增加后减少的趋势;对比优化前后中间包,使用结构合理的湍流控制装置提高夹杂物上浮去除率近20%。
实际中间包内的钢液流动属于非等温过程,因此应该考虑自然热对流对钢液的流动的影响以及对中间包内钢液温度场分布的作用。结果证明考虑热浮力影响的中间包内计算流场和温度场更符合实际情况。