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连铸板坯结晶器内钢液传热模型的数值模拟及摩擦力的计算

徐党委  
【摘要】: 连铸过程是一个同时包含传热、流动和力学行为等复杂现象的综合过程,结晶器内流场、温度场和结晶器摩擦力的计算一直是热点和难点。结晶器内钢液温度分布影响着摩擦力的大小;因此,本文利用CFD计算软件来模拟结晶器内温度场和流场的分布规律,为计算结晶器内液态摩擦力和固体摩擦力的大小提供理论依据。 本文以1200mm×210mm铸机为研究对象,浇铸钢种为H-Q195,模拟结晶器内钢液的温度场和流场分布,钢液从浸入式水口进入结晶器后,形成上、下两个回旋区,上回旋区主要位于弯月面附近,影响范围较小,强度较大,下部回旋区位于主流的下面,影响的范围相对较大,其强度比较弱;钢液从浸入式水口流出至结晶器窄面距离内,过热度迅速散失,结晶器附近,高温区靠近铸坯窄边的位置,而不是在铸坯中心区域,越偏离铸坯宽面方向中心截面,钢水的温度越低。 建立铸坯与结晶器间液态摩擦力的数学模型时,认为渣膜温度呈线性分布,保护渣液态渣膜粘度随温度变化,计算了拉速和保护渣液态渣膜厚度条件下,铸坯与结晶器之间的单位面积上的液态摩擦力的大小。通过计算表明,当拉速增大时,为了保证必要的负滑动,结晶器向下运动的最大速度也会增加,从而导致正滑动期间铸坯与结晶器间速度梯度大幅增加,铸坯与结晶器之间单位面积上的液态摩擦力增加;保护渣液态渣膜厚度对铸坯与结晶器之间单位面积上的液态摩擦力的大小有非常重要的影响,随着保护渣液态渣膜厚度的增大,铸坯与结晶器之间单位面积上的液态摩擦力减小;考查了正弦振动和非正弦振动条件下单位面积上的液态摩擦力大小变化情况。 由于忽略了铸坯凝固收缩产生的压力,只认为结晶器内单位面积上的固体摩擦力的大小与钢水静压力成正比,因此结晶器单位面积上的固体摩擦力采用库仑定律进行计算。单位面积上的固体摩擦力的增加比单位面积上的液态摩擦力波动的快,要想降低整个结晶器内总的摩擦力大小,保护渣液态渣膜尽可能到结晶器出口。


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