高品质钢连铸工艺中多相流动及冶金特性的研究

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高品质钢由于其性能的独特性越来越受到人们的青睐。为此,提高连铸过程中各设备的冶金特性具有重要的意义。  钢包、中间包和结晶器作为连铸过程的三大主要冶金设备在不同的冶金过程起着不同的作用。本文针对钢液在钢包、中间包和结晶器内的流动行为进行如下三方面的研究:  1.对底吹钢包过程采用钢液/保护渣/氩气三相流体,对不同的喷嘴位置,双喷嘴不同的喷嘴夹角和优化氩气流量进行数值模拟计算,从不同工况下的流场、渣层运动情况和钢包的混合时间进行分析找出合理的钢包参数。  2.对中间包的流场和温度场耦合计算,对不同的堰、坝结构对流场和的影响进行对比分析,找出合理的中间包堰、坝结构参数。  3.对结晶器钢渣界面的波动行为非稳态研究,对不同时刻结晶器内的钢液流场和弯月面波动行为进行计算研究,对不同拉速、水口浸入深度、水口倾角和水口出流面积工况下的流场和弯月面行为进行比较,找出合理的结晶器参数。  通过对数值模拟结果的分析,得出如下结论:  1.对钢包单喷嘴吹氩过程,单喷嘴位置在0.33R时,钢包的死区体积最小,钢包混合效率最高;钢包双喷嘴吹氩过程,喷嘴夹角为45°时,钢包对壁面的切应力最大,死区体积最小,混合时间最短;随着氩气流量的增大,渣眼的变化明显,由初始的圆形变为椭圆形,增大钢液裸露面积,于冶金过程不利.采用双喷嘴吹氩能有效的减小渣眼面积和缩短混合时间。  2.对通过传统中间包内的堰、坝结构改变,缩短堰坝与长水口中心的距离,对流场和温度场进行计算得出,优化的中间包结构能够更好的去除夹杂物的减小温差。  3.通过对结晶器内的弯月面不同时刻波动行为研究得出弯月面在水口附近出现不规则的小幅度波动现象;在不同时刻弯月面漩涡的形状、大小和位置变化不同。随着拉速的增大,弯月面波动增大;水口浸入深度和水口倾角增大时,弯月面波动减小,但冲击点的位置下移,不利于夹杂物的上浮;水口出流面积增大时,钢液出流减小,钢液流速减小,弯月面波动减小。水口侧孔面积越小,液面波动越大。  
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