【摘 要】
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随着炼钢技术的发展,连铸依靠其高效率、低成本等优点成为了特殊钢生产必不可少的环节。国内外研究人员及各大钢铁企业也在不断的改进连铸的生产工艺,并取得了较大的进展。其中,中间包冶金在连铸过程中的作用日益得到重视。本文是以宝钢特钢的立式板坯连铸中间包为研究对象,采用物理模拟和数学模拟相结合的方法研究了中间包内的传输行为。对中间包内的流场、温度场和夹杂物运动轨迹进行了分析,进而优化设计中间包的控流装置,为
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随着炼钢技术的发展,连铸依靠其高效率、低成本等优点成为了特殊钢生产必不可少的环节。国内外研究人员及各大钢铁企业也在不断的改进连铸的生产工艺,并取得了较大的进展。其中,中间包冶金在连铸过程中的作用日益得到重视。本文是以宝钢特钢的立式板坯连铸中间包为研究对象,采用物理模拟和数学模拟相结合的方法研究了中间包内的传输行为。对中间包内的流场、温度场和夹杂物运动轨迹进行了分析,进而优化设计中间包的控流装置,为充分发挥中间包的冶金作用提供理论基础。其中,物理模拟是基于相似准则建立1:2的模型,数值模用商业软件FLUENT进行数值求解。获得的主要结果如下:(1)对不同控流方案进行水模实验,对停留时间分布特征、流动模式和流场显示结果进行分析:无控流装置时,中间包内存在短路流,开始响应时间和峰值时间短,活塞流体积小,只占有效容积的9.2%;平均停留时间短,死区较大,占有效容积的32.1%;相当一部分钢水沿包底流动,将造成夹杂物上浮条件较差。(2)通过9种正交优化实验,对中间包结构进行优化调整:其中3#方案效果最明显,活塞流区域最大,占有效容积的24%;死区最小,占有效容积的16.3%;对死区体积分数的正交分析可知,最优组合A1B3C2D3,即12#方案为“挡墙+双坝”的最优化方案,其活塞流占有效容积的24.9%,死区占有效容积的14.5%。(3)通过对中间包不同方案的流场、温度场和夹杂物轨迹的数值模拟结果来看:数值模拟的流场计算结果与水模实验结果能够较好地吻合,趋势基本一致,进而验证了模型的准确性。(4)在立式板坯连铸中间包不同方案中,12#方案的中间包流场分布最为合理,有利于夹杂物的上浮去除;3#和12#方案的中间包温度场分布较合理,液面低温区域小,温度分布均匀;3#、11#和12#方案中间包具有较好的去除夹杂物效果;综合考虑流场、温度场和夹杂物运动轨迹,12#方案的综合效果最理想。综上所述,本文通过对立式板坯中间包的物理和数学模拟,对稳内部结构进行调整和优化后,其流动特性、温度分布和夹杂物去除均相比原型有了较好的效果,为实际生产提供了理论依据。
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