收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高拉速板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为的数值仿真

曹娜  
【摘要】: 高拉速条件下结晶器内的卷渣是困扰连铸生产的一个技术难题,尤其是浸入式水口吹氩时结晶器内的流动与钢/渣界面行为变得更为复杂,对其的控制也更加困难。因此,揭示并把握高拉速与吹氩条件下结晶器内的钢/渣界面行为特征以及操作参数的影响规律就显得尤为重要。针对目前关于钢/渣界面和卷渣研究工作中很少同时涉及高拉速和吹氩条件下的情况以及保持结晶器内双循环流型的条件仍不清晰的现状,本文采用数学和物理模拟相结合的研究方法对高拉速和吹氩条件下板坯结晶器内钢/渣界面和流动行为进行了研究,主要研究内容和获得的结果如下: (1)按照相似原理建立了结晶器物理模型研究体系,观察有、无吹气条件下结晶器内水/油界面运动和卷混现象;根据不同的工艺条件确定结晶器水模型内的临界吹气量(即保持双循环流型)。为数学模型的验证和完善提供基础。 (2)利用连续性方程、动量方程、湍流模型、Lagrange多相流模型和界面波动模型VOF(Volume of Fluid)方法建立了描述结晶器内钢/渣界面行为的数学模型,并采用CSF (Continuum Surface Force)模型考虑钢/渣界面张力作用。在用水模型验证的基础上,描述了高拉速与吹氩条件下钢/渣界面瞬态行为特征,揭示了操作参数与界面行为之间的定量关系,并提出了抑制界面波动和防止熔渣层乳化的措施。结果表明: ①提高拉速明显加剧钢/渣界面的波动和增加界面速度,且最大界面速度位于距离窄面1/3附近处。拉速由1.4 m/min升至2.2 m/min过程中,最大波高的增幅达8.5mm,最大界面速度增加了0.087m/s;增大结晶器宽度对降低最大波高和界面速度的影响并不大;增加水口浸入深度和下倾角度能有效抑制钢/渣界面波动和降低界面速度,浸入深度由120 mm增至220 mm,最大波高降低了5.2mm,最大界面速度减少了0.052 m/s,水口出口角度每向下增加5°,以上两值分别降低约3.7 mm和0.05 m/s;熔渣黏度对钢/渣界面形状几乎没有影响,而适当增加熔渣黏度可降低最大界面速度,熔渣黏度由0.02 kg/(m·s)增至0.50 kg/(m·s),该值的降幅达0.059 m/s。 ②吹氩使气泡上浮区域内的钢/渣界面速度降低,同时也导致波高显著上升。当钢流量为3.20 ton/min(所对应的拉速为1.8 m/min),吹氩量为4.5 L/min时,结晶器内的上循环区明显缩小;增至9.0 L/min时,钢液流型已转为单循环且界面波动剧烈。吹氩量由0增至9.0 L/min过程中,最大波高升高了7.7 mm,而最大界面速度降低了0.111 m/s。当吹氩量为4.5 L/min,钢流量由2.13 ton/min(所对应的拉速1.2 m/min)增至3.91 ton/min(所对应的拉速2.2 m/min),上循环流重新出现,且界面卷混减弱,最大波高降低了2.4 mm。钢液流动特征和界面行为受钢流量(拉速×结晶器宽度)和吹氩量的影响,两者的合理匹配对获得双循环流和平稳的钢/渣界面至关重要。 ③增加水口浸入深度对抑制吹氩下钢/渣界面波动的作用较明显,当浸入深度由120 mm增至220 mm,最大波高和界面波动范围均降低了3.5 mm;气泡尺寸也显著影响钢/渣界面行为。 (3)利用Lagrange多相流模型定量研究了吹氩结晶器内双循环流形成条件,确定实际操作参数下的临界吹氩量,并提出保持此流型的控制手段。在本研究条件中,当钢流量为2.84 ton/min(所对应的拉速1.6 m/min),吹氩量为6.0 L/min时,钢液流型已从双循环转为单循环。选择与其他工艺参数匹配的吹氩量是保证双循环流型的重要条件,临界吹氩量范围随钢流量的增加而扩大。当钢流量较大(2.5ton/min)时,减小结晶器宽度和增加水口浸入深度均有助于扩大临界吹氩量范围,适当减少水口下倾角度使上循环流的趋势略有增强;当钢流量较小ton/min)时,以上操作参数的影响均不显著。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;高拉速情况下容易出现的铸坯缺陷[J];包头钢铁学院学报;2005年02期
2 倪满森;;有关连铸高拉速中的工艺操作问题[J];连铸;2000年06期
3 胡勤东,蔡开科;高拉速小方坯铸坯中夹杂物行为[J];钢铁;2001年03期
4 胡勤东,蔡开科;高拉速小方坯铸坯中夹杂物分析[J];山东冶金;2000年05期
5 倪满森;连铸高拉速与生产工艺的优化[J];马钢职工大学学报;2000年01期
6 陈志敏;小方坯高拉速下夹杂物的分布[J];天津冶金;2001年06期
7 姜永林;张炯明;钟良才;陈小平;杜喜明;唐月;;连铸高拉速弱冷却高温出坯技术[J];连铸;1995年03期
8 张爱民;李殿明;;高拉速方坯低倍缺陷的成因及分析[J];钢铁技术;1999年05期
9 景财良;罗伯钢;田志红;;首钢京唐3号铸机高拉速工艺研究与实践[J];钢铁;2014年03期
10 张洪波;;小方坯连铸实现高拉速的技术措施[J];连铸;1998年03期
11 高文芳;方坯高拉速连铸结晶器的研究与开发[J];钢铁研究;2000年06期
12 曹娜;朱苗勇;;高拉速板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为的数值模拟[J];金属学报;2007年08期
13 王永胜;顾武安;王新华;王万军;;高拉速厚板坯连铸结晶器流场影响因素的模拟研究[J];钢铁钒钛;2008年01期
14 李金柱;王胜东;;板坯连铸高拉速生产实践[J];连铸;2014年03期
15 周有预,袁凡成;宽板坯高拉速连铸的特点及铸坯缺陷的预防[J];钢铁研究;2003年06期
16 温维新;刁承民;;高拉速连铸机结晶器铜板裂纹原因分析及预防措施[J];连铸;2009年01期
17 李殿明;张明祥;陶金波;;高拉速方坯内部裂纹产生原因分析[J];连铸;1999年03期
18 孟祥宁;朱苗勇;;高拉速连铸结晶器振动参数对板坯表面裂纹形成的影响[J];钢铁;2009年08期
19 焦志明;高拉速下铸坯的润滑[J];武钢大学学报;1998年01期
20 孟祥宁;朱苗勇;;高拉速板坯连铸结晶器液态渣消耗机理分析[J];金属学报;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
1 王胜东;田志红;王国瑞;陈爱军;彭国仲;罗伯钢;曾智;王新华;张立峰;;高拉速板坯连铸工艺优化与生产实践[A];第十七届(2013年)全国炼钢学术会议论文集(A卷)[C];2013年
2 李林平;王新华;黄福祥;邓小旋;曾智;季晨曦;田志红;王胜东;李金柱;;低碳钢板坯高拉速实践及数值模拟研究[A];第十八届(2014年)全国炼钢学术会议论文集——S06:凝固与连铸[C];2014年
3 龚坚;王国年;张涛;吕勇博;刘岩;;首钢板坯铸机高拉速工艺研究[A];2005中国钢铁年会论文集(第3卷)[C];2005年
4 孟祥宁;朱苗勇;;高拉速板坯连铸结晶器铜板热行为数值模拟[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集(上)[C];2009年
5 董慧;牛宏波;李法欣;刘广;崔美棠;;高拉速下提高方坯铸坯质量的实践[A];山东金属学会2005炼钢学术交流会论文集[C];2005年
6 吴振刚;赵建平;董福胜;郝丽卿;李素娟;;唐钢FTSC薄板坯连铸机高拉速攻关实践[A];河北省冶金学会2008年炼钢连铸技术与学术交流会论文集[C];2008年
7 程乃良;邹俊苏;汪洪峰;;梅钢2号高效高拉速板坯连铸的技术进步[A];第八届全国连铸学术会议论文集[C];2007年
8 曾智;唐德池;季晨曦;崔阳;王胜东;白健;彭国仲;田志红;;高拉速条件下板坯连铸结晶器冷却研究[A];第十八届(2014年)全国炼钢学术会议论文集——S06:凝固与连铸[C];2014年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 曹娜;高拉速板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为的数值仿真[D];东北大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 时朋召;厚板坯连铸用结晶器浸入式水口结构优化与应用研究[D];江西理工大学;2017年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 王胜东 田志红 彭国仲 罗伯钢;破难题,高拉速更高效[N];中国冶金报;2013年
2 ;高拉速板坯质量控制效益可观[N];中国冶金报;2001年
3 常盟 整理;13米/分钟高拉速需破解哪些难题?[N];中国冶金报;2008年
4 于港 冉庆彦;兼容机型高拉速生产小方坯的研究[N];世界金属导报;2014年
5 本报记者 吕林;应对“新常态”的炼钢新命题[N];中国冶金报;2014年
6 殷瑞钰;中国炼钢—连铸的技术进步及命题[N];世界金属导报;2014年
7 中冶连铸专家组;连续铸钢新技术问答[N];中国冶金报;2005年
8 通讯员 邱洪卫 国强 记者 郑戈;唐钢一钢轧潜心打造“科技亮点”[N];中国冶金报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978