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特厚板坯结晶器内流动及传热的模拟研究

聂靖昂  
【摘要】:目前,连铸发展的重要方向之一就是特厚板坯连铸,与常规板坯相比较,特厚板坯工艺具有拉速低、凝固潜热大、液穴长等特点,因此容易导致各种各样的铸造缺陷。在改进特厚板坯的生产方面诸多国内外学者真在进行研究。本文对特厚板坯连铸结晶器内的流动、传热进行了模拟仿真,主要的研究工作如下所述:(1)建立了特厚板坯结晶器流动、传热耦合数学模型。为了准确地计算结晶器内的热量传输情况提供了边界条件,针对特厚板坯断面尺寸大的特点,利用FLUENT软件中的用户自定义程序(UDF)写入适用于特厚板坯连铸结晶器的热流密度公式。(2)建立2200×400 mm特厚板坯连铸结晶器数值计算模型;通过FLUENT软件对结晶器内流场和温度场进行了数值模拟,得到了结晶器内流场和温度场分布规律;模拟并分析了水口浸入深度、过热度和拉坯速度对结晶器内出口窄面坯壳厚度、高温区分布、流股冲击和自由液面流速及湍动能的影响,结果表明,当过热度为20K、浸入深度为140 mm、拉坯速度为0.5 m/min左右时,结晶器内的流场和温度场较为合理。(3)采用水力学模拟方法,对结晶器进行物理模拟。根据相似原理,建立1:0.55的物理模型。通过测量和分析液面波动、冲击深度、表面流速、流场显示等实验指标,研究拉速、水口浸入深度对结晶器内钢液流动行为的影响。与此同时,利用水模实验结果与仿真流场相比较,从而证明了结晶器流动、传热耦合数学模型的准确性。


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