亚星四流中间包流场和温度场的数模研究;冶金与资源学院

安徽工业大学毕业设计（论文）说明书I┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊亚星四流中间包流场和温度场的数模研究冶金工程专业凌海涛（079014116）指导老师：王建军教授摘要为了进一步提高连铸效率和满足用户对高质量产品的需求，近年来冶金工作者采取了一系列措施来强化和扩大中间包的冶金功能，其重要措施之一就是在中间包内设置适当形式的控流装置，使之形成合理的流场，一方面促进夹杂物充分上浮，同时也为钢液温度和成分的均匀化创造有利条件。本文采用数学模拟的研究方法以亚星四机四流连铸中间包为研究对象，进行流动和温度变化过程的三维数值模拟研究。运用FLUENT商业软件，建立各种中间包模拟，计算不同条件下中间包的流场，并结合中间包内温度场的变化情况，分析了当墙上孔的位置、大小和角度对中间包内流场和温度场的影响，并优化了中间包的结构。通过对中间包的数学模拟，计算出了中间包内钢水的最高温度，最低温度以及差值等。研究表明：（1）与有控流装置的中间包相比，不采用任何控流装置时的中间包的长度和高度方向上存在较大的温度梯度，不利于夹杂物的上浮；（2）在所有的方案中，方案1的实验效果最佳。其中,方案1为C型挡墙上加一个中孔，直径为50mm，倾角为20°；加两个侧孔，直径均为50mm，倾角均为水平向上20°；（3）在方案1中，中间包内钢液的最高温度为1830K，最低温度为1816.232K，差值为13.768K。关键词：连铸中间包数值模拟流场温度场安徽工业大学毕业设计（论文）说明书II┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ABSTRACTInordertoimprovethecontinuouscasting(CC)efficiencyandsatisfiedtherequirementofhighqualitativeproducts,inrecentyears,themetallurgisthavetakenaseriousactiononstrengtheningandenlargingthetundishmetallurgicalfunction.Oneoftheimportantmeasureswasthattheappropriateflowcontroldeviceswereinstalledtoformthereasonableflowpattern,whichnotonlymadetheinclusionswellfloatedbutalsocreatedtheadvantageousconditiontouniformtheliquidsteeltemperatureandcomposition.Inthispaper,themathematicalsimulationtostudywaystoYaxingfourmachinefourflowtundishastheresearchobject,theprocessflowandtemperaturethree-dimensionalnumericalsimulation.TheuseofcommercialsoftwareFLUENT,tundishestablishsimulation,computationaltundishunderdifferentconditionstheflowfieldandtemperaturefieldinthetundishwiththechange,whenthewalloftheholelocation,sizeandangleoftheflowintundishfieldandtemperaturefield,andoptimizethestructureoftundish.Bythemathematicalsimulationoftundish,wecancalculatetheliquidsteelintundishmaximumtemperature,minimumtemperatureandthedifferenceandsoon.Theresultsshowthat:(1)Comparedwiththetundishsettingwithflowcontroldevices,thetundishwithoutmaybeagainsttheinclusionfloatationforitslargertemperaturegradientatthelengthandheightofthetundish.(2)Inallprograms,theexperimentaleffectofoption1isthebest.Inoption1,aholeisaddedontheCretainingwallwith50mmofthediameterand20°oftheinclinationangle,besides,twosideholesareaddedwiththediameterof50mm,theinclinationangleofthelevelupward20.(3)Intheoption1,theliquidsteelmaximumtemperatureis1830Kinthetundish,thelowesttemperatureis1816.232Kandthedifferentialvalueis13.768K.KeyWords:Tundish;Mathematicalsimulation;Flowfield;Temperaturefield安徽工业大学毕业设计（论文）说明书III┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录摘要................................................................IABSTRACT...........................................................II1.绪论..............................................................11.1中间包国内外的研究现状......................................11.2论文选题目的和意义...........................................41.3文献综述.....................................................51.3.1中间包冶金的发展.......................................51.3.2中间包的作用和结构分类.................................61.3.3中间包内钢水流动状态...................................91.3.4中间包内钢液的流场和温度场.............................91.3.5连铸过程数值模拟技术的目的和意义......................111.3.6中间包数值模拟的研究现状..............................131.3.7中间包冶金的研究方法..................................181.3.8中间包流场的优化......................................201.4本课题的意义及研究内容.....................................202.四流中间包流场和温度场的数字模拟.................................222.1数学模型的建立..............................................222.1.1FLUENT软件简介.......................................222.1.2有限体积法简介........................................252.1.3流场计算的基本理论....................................262.2数值模拟实验方案............................................303.中间包流场和温度场的数值模拟与分析...............................333.1中间包内流场的数值模拟与分析...............................333.1.1原模型下中间包内的流场模拟与分析......................333.1.2方案1下中间包内的流场模拟............................373.1.3方案2下中间包内的流场模拟............................393.1.4方案3下中间包内的流场模拟............................403.1.5方案4下中间包内的流场模拟............................423.1.6中间包内的流场模拟结果的分析..........................433.2中间包内温度场的数值模拟与分析.............................45安徽工业大学毕业设计（论文）说明书IV┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3.2.1原模型下中间包内的温度场模拟与分析....................453.2.2方案1下中间包内的温度场模拟..........................483.2.3方案2下中间包内的温度场模拟..........................503.2.4方案3下中间包内的温度场模拟..........................523.2.5方案4下中间包内的温度场模拟..........................543.2.6中间包内的温度场模拟结果的分析........................564.结论.............................................................58致谢................................................错误!未定义书签。参考文献...........................................................59英文翻译............................................错误!未定义书签。英文原文安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共80页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.绪论1.1中间包国内外的研究现状连续铸钢技术大规模工业应用以来，以其大幅度提高金属成材率，节约能源，提高劳动生产率等突出优点获得了突飞猛进的发展。而今，随着相关行业科学技术的进步，以高效连铸、近终形连铸为代表的新一代连铸技术迅猛发展[1]。目前，连铸技术水平的高低己成为一个国家钢铁工业技术水平的重要指标之一。近20年来，我国的连铸技术发展迅猛，在成熟生产技术的应用、新技术的开发、应用基础研究等方面都发展得很快，连铸机保有量和连铸坯产量已占世界第一[2]。这也就要求和促进了中间包、结晶器冶金技术的开发和应用，以及对中间包、结晶器冶金过程的计算机数值模拟技术的研究。七十年代以来，国外研究者对中间包内钢水流动、传热的三维数值模拟工作开展得较多。图1.1是G.I.L.Guthrie计算的某一尺