中间包冶金Word下载.docx
- 文档编号:13666412
- 上传时间:2022-10-12
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:762.57KB
中间包冶金Word下载.docx
《中间包冶金Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中间包冶金Word下载.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
长度5000mm,宽度650mm,自由表面高度1000mm,入口内径50mm,出口内径30mm,两个水口在中间包长度方向的距离为4000mm湍流抑制器置于钢包注流冲击点.入口处钢液流速2.50m/s,出口处钢液流速1.60m/s。
其结构示意图如2.3所示。
2.3.1钢液流动的运动方程
中间包内钢水流动是一个比较复杂的湍流流动过程,本文研究的钢水流动过程可以由下列方程加以描述。
连续方程公式(2.1)
动量Navier-Stokes(N-S)方程
公式(2.2)
式中:
P为压力,;
为流体密度,;
为有效粘度系数,,可由湍流模型来确定。
本文采用由LAUNDER和SPALDING提出的双方程模型来确定[8].
方程(湍流动能方程)
公式(2.3)
方程(湍流动能耗散率方程)
公式(2.4)
,为湍流动能产生项;
;
为湍流粘度系数;
为层流粘度系数;
采用LAUNDER和SPALDING的推荐值:
。
2.3.2边界条件的处理
由于二流中间包结构的对称性,计算时只选取其一半来分析。
中间包入口的速度根据连铸机的拉速和铸坯断面大小确定。
中间包出口速度根据进出中间包的钢水质量流量守恒的原则确定。
入口处湍动能和耗散率由下式确定:
其中为入口注流处的速度,为入口截面的半径。
由于中间包内钢液的流动状况比较复杂,建立模型时需要做一些假设,因此边界条件可确定为:
1、在自由表面上,平行于自由表面的速度分量和其他标量的梯度均为零;
2、在固体壁面上,速度、压力、湍流动能及湍流动能耗散率均为零;
3、在对称面上,各变量的梯度为零,垂直于对称面的速度分量为零;
4、中间包内钢液流动为恒温、稳态、粘性且不可压缩的流动。
2.4中间包流场的计算分析
2.4.1无控流装置中间包的流场分布状况
图2.4为连铸中间包内钢水流动速度场的计算结果,基本上反映了中间包内钢液的流动特征:
自钢包注流进入中间包内的钢水以较大的速度向下流动,穿透整个钢水层到达中间包底部,然后沿着包底向四周散开,从中间包出水口流出的钢液很大一部分是从注入流直接流出的,有小部分钢液到达中间包的前后壁面后,再沿着包壁流动,流向中间包出水口。
中间包注入流具有较大的卷吸作用,使得注入流区中间包上面部分的钢液反向流动,在中间包左右两侧会形成一个逆时针回流。
中间包内产生这种流动会对钢液的质量带来不利的影响。
因为新进入中间包内的钢液在包内停留时间较短,钢液中的夹杂物来不及上浮就随着钢液进入了结晶器。
此外,注入流的卷吸也可能将自由表面的保护渣卷入钢液,从而形成新的夹杂,其中一部分是不能排除的,这无疑更加重了钢液的污染。
因此,在实际中间包冶金过程中,要尽量避免这种流场出现,在中间包内设置控流装置就显得尤为必要了。
2.4.2堰坝对中间包钢水流动状况的影响
在中间包内设置堰能引导钢液转向下流动,阻止表面回流,并使钢液湍动显著的部分集中在注入流区,下游形成流动平稳的熔池。
坝的作用是阻挡流体沿包底的流动,使流动方向转向上方。
因此堰设于坝的上游才有改善中间包流动的结果。
反之,坝在堰的上游,反而使包底铺展流动更严重。
设置堰时,下游必须设置坝,以抑制沿包底的流动。
如图2.5(a)所示,中间包内加上堰、坝装置以后,钢液的流动状态发生了很大的变化。
由于有堰的存在,把钢水的注入流区限制在较小的范围之内,新注入中间包的钢液在此区域充分混合,成分、温度都能均匀化,然后再经坝流向中间包的出水口。
钢水在越过坝之后,首先向液面方向流动,再沿着中间包的上部向两侧流动。
这样,中间包内注入流两侧也各形成一个回流,但回流的方向与没有加堰坝时形成的回流方向相反。
中间包内钢液的这种流动可将钢水中的夹杂物带向液面,因而非常有利于夹杂物的上浮与去除,从而改善了钢液的质量。
此时应该注意到,堰必须设置在坝的上游,才能达到改善中间包内钢液的流动状况的效果。
反之,坝在堰的上游,会使钢液沿包底铺展流动,钢液没有足够的时间和动力上浮,这样也就无法达到净化钢水的目的。
图2.5(b)为坝在堰的上游时流场分布状况,可以发现:
部分钢液根本来不及到达中间包壁面就沿包底流出进入结晶器,钢液根本没有得到上浮去除的机会,因此这种设置方式是不可取的,在实际操作中应当尽量避免。
2.4.3湍流控制器对中间包钢水流动状况的影响
如图2.6所示在注流冲击点设置湍流抑制器后,减弱了钢包注流对中间包内钢液的冲击作用,避免了中间包覆盖剂被卷入钢液而重新形成夹杂的行为,同时也减少包中死区体积,使出口处的“回流漩涡”得到减缓。
比较中间包内无任何湍流控制装置的的流场分布
状况,增加湍流控制器后,减少了中间包注流区的表面湍流现象,减少出口回流的生成,减缓了出口流速,从而会降低注流温度波动对中间包冶金效果的影响。
但是观察分析计算结果可以得知,湍流抑制器并不能改变中间包内钢液流场的整体态势,只有和堰-坝组合使用,才能发挥更大的作用。
2.4.4优化后中间包的流动状况
研究表明,湍流控制器和堰-坝组合使用,可以得到一种比较理想的流场模拟结果。
但是两者组合需要考虑多种因素的影响,如堰坝组合次序、数量、堰坝之间的位置以及堰与注流口之间的距离等。
改变这些参数会使钢液的流动状况也发生改变,所产生的冶金效果也大不相同。
因此根据实际的中间包结构来确定合理的堰坝位置,才能发挥中间包的最优冶金效果。
(1)在加装湍流控制器实验的基础上,确定以设置双挡墙来进行进一步的优化模拟。
在实验中,改变上挡墙的位置,考查不同挡墙位置与湍流控制器的组合结果,保持上挡墙与下挡墙之间的距离为750mm。
为了避免短路流的产生,将下渣堰的泄流孔的尺寸减小,改变堰与注流口之间的距离进行数值模拟,得到中间包流场分布结果如图2.7(a)、(b)、(c)、(d)、(e)所示。
观察有流动控制时钢液的流动特征,可以发现,堰与注流口之间的距离和高度对钢流有较大影响。
当两者之间的距离为1350mm时,如图2.7(c)所示,堰将冲击力很强的钢包注入流限定在进钢区,使活塞流区有平静的渣面。
同时,观察流场分布结果可以发现一种趋势,距离进钢区越远的堰对稳定钢液越不利,因为它限定钢液冲击的作用越来越弱,这就使得钢液出口速度分布不均匀,影响钢液的流动状态。
(2)在加装湍流控制器的基础上,确定以设置堰坝来进行进一步的优化中间包内部结构。
在模拟过程中,将两块堰之间的中心距固定在2700mm,改变堰与坝的距离,进行分析与计算,其结果如图2.8(a)、(b)、(c)、(d)所示。
观察有流动控制时钢液的流动特征,可以发现堰坝之间的距离对钢流有较大影响。
当两者之间的距离为750mm时,即流场特征为上图2.7(C)时,如上图2.7(c)所示,坝能令钢液折向钢液面,使其与覆盖渣接触,有利于盖渣吸收夹杂物,另外在连铸开始阶段可最大程度地降低钢液涌动的影响。
同时,中间包流场存在一种趋势,即坝距离注流口越远,钢液能获得越长的平均停留时间,但是过远则使钢液流向钢液表面的速度减弱,不利于夹杂物的去除。
因此,堰坝必须保持合理的位置以获得最佳的冶金效果。
综合上述堰坝位置的研究结果,表明在该中间包内确定堰坝中心距为750mm,堰与注流口距离为1350mm时,能够得到一种比较好的模拟结果。
钢液在中间包内流动分布均匀、液面稳定、扰动小、钢液停留时间延长,能最大限度地促进夹杂物的上浮与去除,从而提高连铸坯的洁净度。
本章小结
以上通过对中间包流场在不同内部结构条件下进行数值模拟,可以发现:
(1)没有流动控制的中间包,包内钢水的流动状态不利于夹杂物的上浮和排除;
而设置流动控制装置之后,钢水流动状况明显改善,利于连铸坯质量的提高。
湍流控制器设置在钢包注流冲击点,可缓解注流的冲击,减少了中间包的注流区的表面湍流现象,还减少了出口回流的生成;
设置堰坝则可以改变钢水的流动轨迹,增加钢液上浮去除的机会,钢液的平均停留时间延长;
(2)堰坝组合使用时,因其安装次序、组合数量和安装位置不同,产生的冶金效果大不相同。
结合本研究用中间包,确定堰坝间距为750mm,堰与注流口间距为1350mm时所获得的钢液净化效果最好。
(3)采用APDL参数设计语言,通过编写分析程序命令流和代码,能自动完成建模划分网格及加载任务,避免烦琐而重复的图形用户界面操作(GUI)方式,使整个优化工作效率大大提高。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 中间 冶金
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)