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四流T型中间包控流装置的优化研究

朱必炼  
【摘要】: 中间包冶金是连铸工艺过程中的重要环节,其主要的冶金作用是通过设置控流装置,调整钢液流动状态,以达到均匀温度和促进非金属夹杂物上浮的效果。为此,许多研究者采用了数值计算和水模型实验的方法,对中间包内钢液的流动及其控制进行了研究。 本文以某钢厂四流T型中间包为研究对象,运用物理模拟和数值仿真的方法,对中间包内控流装置进行了系统地、定量地分析与研究、优化了T型中间包的控流装置。 物理模拟采用“刺激-响应”的实验技术,运用标准差作为评价指标,对流体在不同控流装置下中间包内的平均停留时间进行了分析,运用冶金反应器模型,对两种控流装置条件下中间包内的活塞流区(Vp)、全混流区(Vm)和死区(Vd)进行了研究;数学模拟采用k -ε双方程模型,应用PHOENICS商业软件计算中间包内钢液的三维流场。分析了导流墙、导流孔、塞棒、湍流抑制器等不同控流元件对流场的影响。讨论了控流装置优化前后钢液流动特征、湍动能分布及流线分布。 实验结果表明,中间包原控流装置由于导流墙结构、位置、尺寸及导流孔的分布不合理,冲击区小,回流速度大,不利于夹杂物的上浮,容易引起卷渣现象,1#流停留时间与2#流停留时间相差很大,两流之间钢液的温度差和流动特性差别大,死区占很大比重,中间包控流装置结构有待进一步优化。 改进的控流装置采用“V”型挡墙和冲击盆组合,扩大了冲击区的容积,减缓了流体对中间包的冲刷,液面湍动能均处于10~(-5)m~2/s~2级别,钢液表面相对平静,有利于夹杂物的进一步上浮和去除。同时,改善了中间包内的流体流动特性,延长了钢液进入1#流的时间,使中间包内各流的停留时间趋于一致。各流间的温度分布更加合理,以提高中间包连浇率,改善铸坯的质量。


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