非稳态浇铸对结晶器卷渣定量影响的大涡模拟

作     者：周秋月 朱坦华 张立峰 陈威 袁天祥 刘珍童 ZHOU Qiu-yue;ZHU Tan-hua;ZHANG Li-feng;CHEN Wei;YUAN Tian-xiang;LIU Zhen-tong

作者机构：北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 

出 版 物：《钢铁》 (Iron and Steel)

年 卷 期：2022年第57卷第4期

页      面：68-78页

核心收录：

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

基　　金：河北省自然科学基金资助项目(E2021203222) 河北省省级科技计划资助项目(20591001D) 

主　　题：结晶器卷渣 渣滴分布 非稳态浇铸 大涡模拟 板坯连铸 

摘      要：基于实际板坯连铸结晶器建立了耦合大涡模拟(LES)湍流模型和VOF多相流模型的三维数值模拟模型,讨论了不同结晶器浸入水口(SEN)结瘤程度和SEN未对中分布对结晶器内瞬态多相流场及卷渣行为的影响。通过用户自定义程序成功实现了不同工况下结晶器内卷入渣滴数量、大小、空间分布等信息的定量化预测,并得到了弯月面不同位置处发生卷渣的概率分布。结果表明,水口顺时针旋转5°的未对中分布下由于钢液射流更多地撞击宽面,导致弯月面近窄面处液位分布有轻微降低,液位波动也从理想状态下的±(6~7)mm降低至±5 mm以内。SEN结瘤对弯月面液位波动有较大影响,SEN左侧完全堵塞、右侧未堵塞情况下液位波动增大至±11 mm左右,而SEN左侧堵塞2/3且右侧堵塞1/3情况下弯月面液位波动则增大至±15 mm左右。理想工况下净卷渣速率为0.0130 kg/s,卷渣主要发生在弯月面四周以及流股碰撞处。SEN未对中布置工况下净卷渣速率轻微降低至0.0093 kg/s,但宽面附近卷渣概率明显增大。SEN左侧完全堵塞且右侧未堵塞和SEN左侧堵塞2/3且右侧堵塞1/3情况下净卷渣速率则分别增大至0.0455 kg/s和0.0670 kg/s;卷渣主要由过大的钢液流速对弯月面的剪切作用造成,且主要位于水口至1/4结晶器宽度的范围内。水口结瘤后不对称流动造成的旋涡增加,由此引起的卷渣也相应增加。