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中间包去夹杂最优流场的数模研究

林小龙  
【摘要】:连铸中间包作为连接钢包和结晶器的过渡冶金反应单元,在纯净钢生产中起着重要作用。三十多年以来,均采用数值模拟与物理模拟的方法对中间包流场进行优化控制,由于缺乏理论指导,每个中间包的优化设置均需要耗费大量的人力、物力进行模拟实验,成本高,效率低。本文采用成功用于换热优化中的场协同理论分析中间包内的冶金传输过程,对某单流中间包进行了数值模拟计算,讨论了场协同理论在中间包流场优化中的应用。主要内容如下: (1)对中间包内夹杂物质量传输过程进行了场协同分析,得出夹杂物总去除率不仅与stokes上浮力、钢液流场有关,还取决于钢液流场与夹杂物浓度梯度场的协同关系。 (2)计算了中间包内不同控流装置时的流场、温度场、流场与温度梯度场之间的协同角,讨论了流场与温度场之间的协同关系,结果表明:设置控流装置可以降低中间包内钢液流场与温度梯度场之间的协同程度,热量积耗散值增加,有利于钢液的温度均匀分布。最利于中间包保温的方案是设置湍流控制器+挡墙档坝时,与场协同数及热量积耗散的分析相一致。 (3)计算了中间包内不同控流装置时的流场、尺寸为10~150μm等15组夹杂物的数量浓度场及流场与夹杂物浓度梯度场之间的协同角,讨论了流场与夹杂物浓度场之间的协同关系,分析了影响夹杂物去除率的因素。结果表明:上浮去除及湍流碰撞对小颗粒夹杂物的去除和产生相对该颗粒下的总量影响较小,但对大颗粒夹杂物的去除和碰撞产生有显著效果;对四种方案下夹杂物的去除率及场协同相关分析一致,当设置湍流控制器+挡墙档坝时,夹杂物去除效果最好。 上述研究表明,场协同理论可用于中间包内流场的优化,以实现温度的均匀分布,提高夹杂物的去除率。


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