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中间包结构优化的数值模拟

李艳龙  
【摘要】: 近二十年来,连铸技术在全球范围内得到迅速发展。伴随着连铸技术的迅速发展,钢液的质量尤其是钢液中非金属夹杂物的含量,已经引起众多研究者的关注。 钢液在中间包内的流动行为对钢液中成分的混合以及非金属夹杂物的分离去除影响很大。因此在中间包内设置合理的控流装置来控制中间包内钢液的流动状态成为中间包冶金研究的重点。新余钢铁厂现用中间包注流区比较小,导流隔墙的形状以及导流孔开孔角度不合理,导致各出流口温度不一致,连铸坯中非金属夹杂物含量过高等问题。 本课题使用数值模拟软件Fluent对新钢第一炼钢厂2#方坯连铸机的中间包的流场、温度场进行数值模拟分析。在此基础上,提出中间包结构优化方案,并对各方案进行数值模拟,得到各方案中间包的流场、温度场以及瞬态条件下的RTD曲线,分析比较各方案的流场、温度场分布以及RTD曲线结果,得到最佳的中间包结构。 研究表明,新余钢铁厂现用中间包注流区比较小,钢液在中间包内的平均停留时间为655s,钢液混合的并不充分,各出流口温度不一致,最大温差达6K。由于导流孔设置不合理,在浇铸区内钢液主要是平行于底面循环流动,没有垂直向上的流动,非金属夹杂物上浮到自由表面的几率很小。死区体积达到30.87%,中间包的有效利用率很低。因此,需要对新余钢铁厂现用中间包进行优化。 优化方案中,在湍流抑制器+“U”型导流隔墙(隔墙开孔角度为60°,上扬5°)的中间包距中间包对称面2400mm的底部加设多孔透气砖以1.62m3/h的底吹气量向中间包内吹入氩气时,中间包内形成气幕挡墙,钢液成分的混和效果以及非金属夹杂物的上浮效果最好。中间包的死区体积分数仅为14.26%,活塞区的体积分数为29.69%。优化后的中间包增加了中间包的有效利用率,有利于纯净钢的生产。


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