吹氩结晶器内液态保护渣流动行为的数学物理模拟研究

作     者：张丰 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程常桂

授予年度：2017年

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

主      题：结晶器 保护渣 流动行为 吹氩 数值模拟 

摘      要：为防止浸入式水口堵塞,连铸生产中常采用水口吹氩技术,同时进入结晶器内的氩气泡还有利于促进钢液中夹杂物的上浮。氩气泡由钢液进入液渣后,其对液态保护渣的流动行为带来较大影响,进而会影响到保护渣的熔化和传热行为。因此,研究吹氩结晶器内液态保护渣的流动行为及其影响因素,对于优化工艺参数、提高铸坯质量有重要意义。本文建立了原型与模型相似比为1:0.6的结晶器水模型,利用高速相机研究了在拉速、水口浸入深度、侧孔倾角、吹氩量等不同工艺参数下氩气泡对液态保护渣流动的影响。结合VOF模型和离散相模型,建立了耦合钢液与液态保护渣流动的吹氩结晶器三维数学模型,研究了不同工艺条件下氩气泡进入保护渣前后的流动行为。论文主要结论如下:(1)在钢液作用下,结晶器内液态保护渣内有一纵向方向的大环流,随着液渣层横截面上移,在近结晶器宽面液渣速度变大,波动区域也增大。(2)随着拉速的增大,不吹氩时,液渣层中心区域流速增大,液渣波动加剧,在水口附近形成的小型涡流也相应变大;吹氩时,水口附近的液渣流动速度逐渐减小,结晶器窄面区域液渣流速逐渐增大。(3)随着浸入深度、侧孔倾角的增加,不论吹氩或不吹氩,液渣在结晶器内的流速均减小,其中倾角对液渣流速减小的影响程度相对较大。(4)随着保护渣粘度的增加,不吹氩时,液渣层在钢渣界面、理想上表面等截面的流速分布整体减小,理想中心面环流区域的速度增大;吹氩时,水口附近液渣波动增强,结晶器窄面区域波动减弱。(5)其他条件不变,随吹氩量的增加,结晶器窄面区域液渣波动减弱,液渣流速减小;水口附近液渣层波动增强,流速增大。(6)其他条件不变,随气泡尺寸的增加,水口附近液渣流动速度增大,窄面区域流速整体有所减小。