论文部分内容阅读
本文通过物理模拟和数学模拟对三流T型连铸中间包流体流动行为进行了研究,得出了最佳的中间包结构。根据相似原理,在实验室以相似比为1∶2.5建立了中间包模型,进行水模拟试验。依据连续性方程、动量方程、能量方程、湍动能方程及湍动能耗散率方程建立数学模型,利用FLUENT软件对原方案和水模拟优化方案的流场、温度场及夹杂物上浮去除情况进行了模拟计算。 在原方案中间包结构下,流体流动不合理。流体流动的峰值浓度时间较短,活塞流体积分率小。中间包内存在较大的死区,其体积分数超过30%,使中间包的有效容积减少近三分之一,不利于钢液中夹杂物的碰撞长大及上浮去除。同时流体冲刷包壁严重。 针对原方案控流装置不合理的情况,重新设计了不同形状和尺寸的湍流控制器及导流隔墙。经过测定不同方案中间包流体流动特性,发现采用方形湍流控制器效果较好。导流隔墙的导流孔角度改变后,流体流动轨迹发生了改变,有效避免了流体直接冲击中间包前侧墙,同时也使流体产生了向熔池表面的流动趋势。采用6#方案,中间包死区体积分数分别减小到15.4%和16.6%,较原方案分别减少了49.2%、49.8%。 经过对原方案和6#、14#两种水模拟优化方案进行数学模拟,发现原方案流场较混乱,流体上扬趋势不明显,且流体直接冲刷中间包包壁。优化方案明显改变了中间包流场,避免了流体对包壁直接冲刷,并且在近液面处形成了大的环流。温度场模拟表明,原方案温度分布不合理,中间包前后呈阶梯分布,最低温度较低,最大温差达到35K。优化方案大幅度提高了最低温度,缩小了最大温差,温度分布均匀合理。6#方案最大温差缩小了8K。 通过对原方案及两种优化方案夹杂物上浮去除情况进行模拟计算,发现原方案对于小尺寸夹杂物去除率较低。优化方案改变了夹杂物运动轨迹,对小尺寸夹杂物上浮去除率增加明显。6#方案对于直径10~50μm的夹杂物上浮去除率平均提高了11.8%。