收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

板坯连铸结晶器内钢液流动行为与模拟方法研究

靳星  
【摘要】:随着高效连铸技术的发展,人们对连铸板坯质量提出了更高的要求。而连铸结晶器内钢液流动行为对铸坯质量起决定性作用,它直接影响结晶器内钢液的传热和夹杂物的上浮,与铸坯表面及内部质量有着密切关系。因此,深入研究板坯连铸结晶器内钢液流动行为对保证连铸顺行和提高铸坯质量具有重要意义。 本文以某钢厂新建1#板坯连铸机结晶器水口设计和优化为出发点,分析目前结晶器内物理模拟实验研究方法存在的一些问题,重点研究了在偏流和浇注条件波动时结晶器内流动特征的变化规律。本文的主要研究成果如下: 为减少结晶器物理模型和实际连铸生产的差异,提出了考虑结晶器内凝固坯壳和流动质量平衡的物理模拟方法。考虑结晶器内坯壳后,由于坯壳厚度的逐渐增加使结晶器内壁形成一定的倒锥度,导致上回流区流股湍动能增大,流股对液面的扰动增强,液面波动增大,表面流速增大。对于断面厚度较小的情况,若忽略结晶器内坯壳和流动质量平衡,物理模拟得到的液面波动和液面表面流速小于实际情况,可能导致物理模拟实验结果与实际生产存在一定差别。对于不同宽度和厚度断面,凝固坯壳的考虑与否对模拟实验结果影响程度也不相同。 讨论不同湍流模型对结晶器内流动传输行为模拟结果的影响。修正的低雷诺数模型适用于高雷诺数和低雷诺数区域的情况,能更好地处理壁面流动问题,从而很好地给出低雷诺数区域的模拟结果。利用无量纲化分析两相区内流动相对强弱关系,采用切换函数修正的渗透率模型对两相区内流体流动、传热和凝固过程进行模拟。结果表明,修正的渗透率模型,在处理两相区流动和凝固过程时具有一定优势,在固相率很低时,两相区内流动占主导作用,多孔渗透作用较强,在固相率较高时,枝晶网状结构对流动的阻力迅速增大,使两相区内流动传热行为模拟更为准确。 对结晶器水口流股流动特征分析,研究得到结晶器内水口流股的变化规律,分析了水口流股与水口底部形状和断面宽度之间的关系,为水口设计和优化提供理论依据。系统地研究了结晶器内的偏流现象,当水口内流速在结晶器宽度方向上不均匀时,结晶器偏流现象明显;而水口在结晶器厚度方向的流速分布情况对结晶器内偏流现象影响较小。相同工况下高拉速条件容易使偏流现象更为明显。水口在结晶器宽度方向偏移中心位置时非对称流动最为明显,宽度方向的偏移也能产生一定的非对称流动。分别模拟了水口侧孔结瘤面积为10%和20%时结晶器内的流动状态变化,随着水口结瘤面积的增大,结晶器内不对称流动明显增强。通过对结晶器内非对称流动现象的研究,提出采用偏流指数来定量描述结晶器内非对称流动现象,对改善偏流现象和提高铸坯表面质量具有重要指导意义。 研究了结晶器内流动行为随拉速和浇注温度波动的变化规律。模拟结果表明,在拉速突变条件下,液面波动增大,严重时容易出现卷渣情况。在拉速逐渐变化条件下,内部湍动能会逐渐得到释放,对液面产生的扰动作用较小,结晶器内流动状态受到一定影响。当浇注温度增大时,水口流股流动区域温度迅速发生变化,结晶器内的传热行为受到一定影响,高温钢液容易对结晶器窄面坯壳产生冲刷,影响坯壳生长速度和均匀性。 建立水口设计优化方案,通过物理模拟和数值模拟方法对各断面结晶器水口进行优化设计,分析得到水口结构参数、连铸工艺参数对结晶器内流动状态的影响规律,并对各厚度断面进行水口优选,提出适用于各厚度断面的水口参数和相应的工艺参数。对于230mm厚度断面,建议选择2#水口。根据现场需要,将160mm厚度和190mm厚度使用水口合并为同一水口,采用B2#水口,并确定了相关的水口工艺参数。 对生产初期1#连铸机铸坯出现的质量问题进行分析,提出合理的改进和优化措施。生产调整后,铸坯质量统计表明,铸坯凹坑缺陷逐步减小,皮下气孔缺陷和夹渣情况缺陷基本消除,铸坯表面纵裂缺陷得到了有效地控制,铸坯无清理比例达到98%以上,铸坯表面质量明显得到改善。水口实际应用情况表明,对1#铸机各结晶器断面的水口设计和优化是比较合理的,其研究结果在生产现场应用情况良好,达到了水口设计优化的预期目的。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 许立谦;板坯连铸机漏钢分析及预防措施[J];武钢技术;1994年07期
2 王恩刚,杨泽宽,陈海耿,宁宝林;气隙对连铸坯凝固影响的有限元数值模拟[J];钢铁;1996年11期
3 李强;H-型连铸坯坯壳与结晶器壁气隙形成机理研究[J];重型机械;2001年03期
4 王素志,殷瑞钰,姜永林,钟良才;连铸小方坯坯壳不均匀性与临界断面的热模拟研究[J];炼钢;1995年01期
5 崔素兰,陆云威;连铸小方坯凝固过程的研究[J];鞍钢技术;1994年09期
6 曹远锋,张永鑫,徐宝升,孟繁鹏;小方坯连铸机结晶器的研究[J];炼钢;1997年02期
7 朱志远,王新华,王万军,张炯明;板坯连铸结晶器内坯壳厚度及枝晶间距[J];北京科技大学学报;2000年06期
8 ;结晶器弯月面行为对初生坯壳的影响[J];钢铁研究学报;2002年02期
9 ;结晶器弯月面行为对初生坯壳的影响[J];钢铁研究学报;2002年03期
10 阎小林,宁宝林;连铸坯热应力状态的数值模拟[J];东北大学学报(自然科学版);1989年01期
11 邢文彬,许诚信,崔润琴;不锈钢板坯在结晶器中的凝固特性[J];北京科技大学学报;1991年S1期
12 Shuji TAKEUCHI,王大宝;连铸振痕的控制[J];武钢技术;1994年04期
13 ;水平连铸坯壳是怎样凝固成型的[J];南方钢铁;1995年06期
14 王恩刚,杨泽宽,陈海耿,宁宝林;结晶器内连铸坯凝固过程的有限元数值模拟[J];东北大学学报(自然科学版);1996年04期
15 曹远锋,张永鑫,徐宝升,孟繁鹏;小方坯连铸机结晶器的研究[J];河南冶金;1996年03期
16 曹远锋,张永鑫,马东云;小方坯连铸机高速结晶器的研究与设计[J];大型铸锻件;2001年02期
17 曹远锋,张永鑫,刘新;小方坯连铸机高速结晶器的研究与设计[J];重型机械;2001年04期
18 那贤昭,王锡钢,张兴中,干勇;高频磁场作用下软接触电磁连铸初生坯壳的变形行为[J];钢铁研究学报;2004年06期
19 徐志荣,杨晓江,何东颖;小方坯连铸坯壳凝固行为的研究[J];炼钢;2004年06期
20 盛义平,刘剑平;由支承辊错位引起的连铸坯壳的错位应变速率[J];燕山大学学报;1995年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱苗勇;;高效连铸结晶器冶金过程控制关键技术探讨[A];2011年第九届全国连铸学术会议论文集[C];2011年
2 胡永才;;201Cu连铸-冷数值测量模拟及研究[A];无缺陷铸坯及热送热装工艺技术研讨会论文汇编[C];2004年
3 马荣;;龙钢120方坯脱方成因与对策[A];第六届连续铸钢全国学术会议论文集[C];1999年
4 蔡开科;;连铸坯裂纹控制[A];板坯连铸技术研讨会论文汇编[C];2003年
5 杨晓江;徐志荣;;连铸小方坯变形和角裂漏钢的研究综述[A];2004年全国炼钢、轧钢生产技术会议文集[C];2004年
6 蔡开科;秦哲;孙彦辉;;连铸坯凝固过程坯壳变形与铸坯裂纹控制[A];2008年连铸设备技术交流会论文集[C];2008年
7 蒋艳菊;;焊条钢H10Mn2Ti线坯缺陷分析[A];2010年全国炼钢—连铸生产技术会议文集[C];2010年
8 孙风晓;;板坯纵裂的形成及预防[A];1997中国钢铁年会论文集(下)[C];1997年
9 汤兴隆;;方坯连铸开浇漏钢、接痕漏钢及其防止方法[A];第六届连续铸钢全国学术会议论文集[C];1999年
10 丁志龙;程乃良;;梅钢耐候钢生产实践[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集(3)[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 靳星;板坯连铸结晶器内钢液流动行为与模拟方法研究[D];重庆大学;2011年
2 孙洁;连铸板坯裂纹预测预报系统的研究[D];中国矿业大学(北京);2008年
3 徐海伦;连铸异形坯冷却过程模拟仿真及优化[D];重庆大学;2010年
4 尹合壁;圆坯连铸结晶器内热—力学行为的分析[D];大连理工大学;2006年
5 陈登福;薄板连铸坯的温度与应力状态的研究[D];重庆大学;1997年
6 康丽;电磁软接触连铸结晶器内多物理场耦合数值模拟研究[D];东北大学;2008年
7 林启勇;连铸过程铸坯动态轻压下压下模型的研究与应用[D];东北大学;2008年
8 张本国;薄板坯连铸神经网络漏钢预报系统研究[D];燕山大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李哲;方坯坯壳应力遗传分析[D];河北理工大学;2010年
2 李建飞;316不锈钢板坯连铸结晶器内凝固规律的研究[D];内蒙古科技大学;2012年
3 白亮;δ铁素体转变对316不锈钢连铸凝固规律的影响[D];内蒙古科技大学;2011年
4 颜坤;薄板坯连铸结晶器传热凝固与坯壳应力耦合研究[D];辽宁科技大学;2013年
5 白亮;δ铁素体转变对316不锈钢连铸凝固规律的影响[D];内蒙古科技大学;2011年
6 郭旺;矩形坯结晶器内坯壳传热及应力分析[D];河北联合大学;2013年
7 张海辉;结晶器内坯壳热力耦合分析[D];河北联合大学;2012年
8 杨晓东;板坯连铸凝固过程中温度与应力的有限元分析[D];重庆大学;2010年
9 王挺;板坯连铸结晶器内流动传热和凝固收缩的数值模拟[D];西安建筑科技大学;2012年
10 张帅;H型异型坯结晶器钢液流动与凝固规律的研究[D];燕山大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 中冶连铸专家组;连续铸钢新技术问答[N];中国冶金报;2009年
2 余万华;异形坯连铸过程热力学模拟[N];世界金属导报;2009年
3 全国炼钢-连铸知识竞赛组委会专家组;功能结晶器,生产优质钢的利器[N];中国冶金报;2008年
4 陈靓;“缉拿”导致漏钢事故的“凶手”[N];中国冶金报;2008年
5 ;Castrip工艺:低碳连铸钢带生产现状[N];世界金属导报;2009年
6 中冶连铸专家组;连续铸钢新技术问答[N];中国冶金报;2004年
7 太钢第二炼钢厂 赵田梅;分析影响铸坯质量的原因及采取的措施[N];山西科技报;2001年
8 王子然 孙宝茹;铸坯防“脱”,实现产品优化[N];中国冶金报;2007年
9 ;当今连铸技术发展趋势[N];世界金属导报;2006年
10 ;中国邯钢新建两台特殊钢板坯连铸机[N];世界金属导报;2006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