立式板坯连铸机结晶器内流场的数值物理模拟
连铸结晶器内流体流动及卷渣行为影响

连铸结晶器内流体流动及卷渣行为影响摘要:连铸结晶技术作为一种重要的金属制造工艺,广泛应用于钢铁、铝合金、镁合金等金属材料的生产中。
在连铸过程中,内流体流动是决定结晶器内液相和固相形态、结晶速度和质量的关键因素之一。
为了深入理解内流体流动的物理机制,并进一步优化连铸工艺,研究人员通过建立数学模型和进行数值模拟,对连铸结晶器内流体流动进行了广泛的研究。
本文将从内流体流动的物理模型和数值模拟两个方面,对连铸结晶器内流体流动的研究进行综述,并对未来的研究方向进行展望。
关键词:连铸结晶物理模型数值模型一、连铸结晶器内流体流动的物理模型在连铸结晶器内,液相金属经过多次复杂的流动过程,包括入口区、扩散区、温度梯度区、背面区等。
不同区域内的流动现象受到多种因素的影响,如结晶器几何形状、结晶器表面温度、结晶器与液相金属之间的传热和质量传递等。
为了描述和预测这些流动现象,研究人员提出了多种物理模型,包括传统的二维轴对称模型、三维模型、多相模型等。
1.1二维轴对称模型二维轴对称模型是最简单的一种内流体流动模型,它假设结晶器内的流动在一个平面上进行,并且不考虑结晶器的轴向变化。
这种模型通常用于描述连铸结晶器的入口区和扩散区,对于较简单的结晶器几何形状和液相金属的流动现象可以得到合理的结果。
在二维轴对称模型中,常常采用雷诺平均Naiver-Stokes(RANS)方程作为基本方程,并结合质量守恒和能量守恒方程,通过求解这些方程,可以得到结晶器内的速度、温度和浓度等流动参数的分布。
然而,二维轴对称模型忽略了结晶器的轴向变化,无法准确描述结晶器内复杂的三维流动现象,因此在处理某些复杂结晶器几何形状和流动现象时,二维轴对称模型可能存在一定的局限性。
1.2三维模型三维模型考虑了结晶器内流动的三维性,可以更准确地描述结晶器内复杂的流动现象。
三维模型通常基于Navier-Stokes方程和质量守恒、能量守恒等守恒方程,通过数值方法求解这些方程,得到结晶器内的速度、温度和浓度等流动参数的三维分布。
圆坯连铸结晶器内电磁场、流场的数值模拟与实验研究的开题报告

圆坯连铸结晶器内电磁场、流场的数值模拟与实验研究的开题报告一、选题背景连铸技术是钢铁工业生产中重要的工艺环节之一,其直接关系到产品的质量和产量。
圆坯连铸结晶器内流场和电磁场的研究对提高连铸技术的效率和改善产品质量具有重要意义。
因此,本文提出了圆坯连铸结晶器内电磁场、流场的数值模拟及实验研究,以深入了解连铸过程中结晶器内的热传递、流动和结晶行为。
二、研究目的和意义圆坯连铸结晶器内电磁场、流场数值模拟和实验研究旨在:1. 为圆坯连铸结晶器的热流场和结晶行为的研究提供理论基础和实验支持。
2. 分析结晶器内电磁场、流场的特点,为进一步优化结晶器结构、提高产品质量和连铸效率提供基础数据。
3. 提出可以用于优化结晶器中的电磁场和流场的设计建议。
三、研究内容和方法1. 研究结晶器内的电磁场的分布特性,通过建立电磁场的数学模型,利用有限元方法进行数值模拟,验证模型的有效性。
2. 研究结晶器内的流场分布特性,通过建立流场模型,利用计算流体力学(CFD)方法进行数值模拟,验证模型的有效性。
3. 利用热像仪和热电偶等实验手段,对圆坯连铸结晶器内的温度分布情况进行实时监测和记录,验证数值模拟结果的正确性。
4. 基于数值模拟结果和实验数据,分析结晶器内的电磁场、流场与温度分布的关系,并提出结晶器内电磁场、流场优化设计建议。
四、研究进度安排一月份:阐述选题背景和研究目的,并提出研究方法和内容;二月份:对相关领域的文献进行综述和分析,明确研究的重点和难点;三月份:建立连铸结晶器内电磁场的数学模型,进行数值模拟,验证模型的正确性和可行性;四月份:建立连铸结晶器内流场的数学模型,进行数值模拟,验证模型的正确性和可行性;五月份:利用热像仪和热电偶等实验手段,对圆坯连铸结晶器内的温度分布情况进行实时监测和记录;六月份:基于数值模拟结果和实验数据,分析结晶器内的电磁场、流场与温度分布的关系,并提出结晶器内电磁场、流场优化设计建议;七月份:总结研究成果,撰写毕业论文,并进行答辩。
板坯连铸结晶器内部流场的数值模拟

板坯连铸结晶器内部流场的数值模拟汤磊;张炯明;董其鹏;韩立磊【摘要】连铸结晶器作为控制钢水清洁度的最后环节,结晶器液面波动不仅影响连铸生产的稳定性,还会引起卷渣、拉漏、钢水裸露氧化等.本文采用数值模拟方法,利用Fluent软件的k-ε湍流模型对板坯结晶器内钢水流动状态和液面波动规律现象进行模拟研究,分析了拉速和吹氩量对结晶器内流场的影响.结果表明:随着拉速的不断提升,钢液对铸坯窄面冲击深度不断增大,结晶器内自由液面表面流速增加,液面波动加剧;氩气量增加,钢液对铸坯窄面的冲击位置上移,液面波动剧烈程度增加,容易导致结晶器卷渣和钢水裸露氧化.【期刊名称】《工业加热》【年(卷),期】2018(047)004【总页数】6页(P46-50,55)【关键词】结晶器;液面波动;拉速;吹氩量【作者】汤磊;张炯明;董其鹏;韩立磊【作者单位】北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TF777.1连铸结晶器作为控制钢水清洁度的最后环节,其内部钢液流动情况对铸坯洁净度有较大影响。
结晶器液波动不仅影响连铸生产的稳定,还会对铸坯质量产生影响[1]。
合理的结晶器流场可以使钢液中夹杂物和气泡上浮,防止卷渣,促使保护渣熔化良好,在坯壳与结晶器之间形成均匀的渣膜,保证连铸润滑和结晶器传热,减少钢液流束对连铸坯初生凝固坯壳的冲刷、熔融,而不稳定、不对称、不均衡的流场将破坏结晶器前生产工序的成果,导致卷渣、裂纹、拉漏等质量和生产事故[2]。
所以,对结晶器流场和液面波动进行研究,对于获得良好的铸坯质量,提高连铸生产效率以及生产洁净钢均具有重要的意义[3]。
多年来,中外冶金学者对结晶器液面波动行为进行了大量数值模拟和现场实验研究[4-11],研究发现拉坯速度和水口吹氩量对结晶器内流场的影响较为明显,前人的研究大多都是从单个工艺参数进行研究,很少综合这两个因素来分析。
《板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究》

《板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展,板坯连铸作为冶金工业中的重要工艺之一,其技术进步对钢铁产业的可持续发展起着决定性作用。
在板坯连铸过程中,结晶器作为关键设备之一,其内部流场和温度场的分布对铸坯的质量具有重要影响。
为了更准确地描述和优化这一过程,本研究采用了三维流热固耦合数值模拟方法对板坯连铸结晶器内的流动与传热行为进行研究。
二、研究背景与意义传统的板坯连铸过程通常依靠实验观察和经验模型来分析和预测。
然而,这种方法既费时又成本高昂,且难以准确反映结晶器内部复杂的流场和温度场分布。
因此,采用数值模拟方法进行深入研究显得尤为重要。
三维流热固耦合数值模拟技术能够有效地模拟结晶器内的流动、传热和固相变化等复杂过程,为优化连铸工艺、提高铸坯质量提供理论依据。
三、研究方法与模型建立本研究采用三维流热固耦合数值模拟方法,建立了板坯连铸结晶器内的物理和数学模型。
模型考虑了结晶器内部的流动、传热、相变以及材料性质等复杂因素。
通过建立合理的网格系统和边界条件,确保了模拟结果的准确性和可靠性。
四、结果与分析4.1 流场分析通过对结晶器内流场的模拟,我们得到了板坯连铸过程中流体的速度、流向和涡旋等详细信息。
分析表明,结晶器内的流场分布受到多种因素的影响,如浇注速度、结晶器形状和尺寸等。
优化这些参数可以有效改善流场的分布,从而提高铸坯的质量。
4.2 温度场分析模拟结果显示,结晶器内的温度场分布受到流体流动、热量传递和相变等多种因素的影响。
通过对温度场的分析,我们可以了解铸坯在凝固过程中的温度变化规律,为优化连铸工艺提供依据。
4.3 三维流热固耦合模拟结果将流场和温度场的结果进行耦合分析,我们可以得到结晶器内流体流动与传热的相互作用关系。
这有助于我们更全面地了解板坯连铸过程中的物理现象,为优化工艺参数提供有力支持。
五、讨论与展望本研究通过三维流热固耦合数值模拟方法对板坯连铸结晶器内的流动与传热行为进行了深入研究。
连铸过程中板坯凝固的数值模拟

连铸过程中板坯凝固的数值模拟
QS C PVT
(5-10) 由式(5-9)与式(5-10)等量置换可得
f S C P T / L
(5-11) 此法采用固相率的增加来代替前热的放出,如果 f S 1 ,则表明该领域 V 的 凝固结束。
热焓法
凝固过程金属的焓可定义为
H cdT (1 f s ) L
L ——潜热, J / kg ;
f s ——固相率;
T ——温度, C ;
——时间, s ;
连铸过程中板坯凝固的数值模拟
——导热系数, W /(m K ) ;
x, y ——二维坐标, m 。
对于实用多元和金,要确定固相率和温度的关系,通常可以先采用热分析法 求出凝固开始温度 TL (液相线温度)和结束温度 TS (固相线温度),假定如下: (1)假定为线性分布时
式中, L ——补偿对流换热的等效导热系数;
m ——经验常数,钢液导入区, m 4 ~ 8 ;
S ——静止钢液的导热系数。
热物性参数的数值处理方法
由于导热系数、比热和密度是随温度变化的,其处理方法一般有常数法、线 形函数法和插值法等,在不同的温度区间内用二次曲线拟合的方法得到温度导热系数、温度-比热之间关系的曲线,来确定导热系数、比热值。 对于板坯密度的取值,可在不同相区内取不同的值。 (1) 固相区: S 7.6 10 3 kg / m 3 ;
宽板坯连铸结晶器流场和温度场的数值模拟

宽板坯连铸结晶器流场和温度场的数值模拟
随着工业生产技术的不断发展,连铸技术已经成为宽板坯的主要生产方式,特别是在钢铁行业中,大量的钢铁产品均采用连铸工艺生产。
宽板坯连铸技术的核心是结晶器,结晶器的流场和温度场是宽板坯质量的关键因素,因此对流场和温度场进行数值模拟研究是必要的。
数值模拟能够对结晶器内部的流场和温度场进行快速、准确的计算,揭示了结晶器内的流场和温度场在宽板坯生产中的重要作用。
本文通过对结晶器内流场和温度场的数值模拟分析,提出了一种优化结晶器设计的方法。
首先,本文基于Navier-Stokes方程和热传导方程,建立了数学模型,考虑结晶器内部的流动载荷、热辐射、传导热和对流换热等因素。
其次,利用Fluent软件进行流场和温度场计算,得到了流场和温度场的数值解。
通过对数值模拟结果的分析,发现结晶器内部的流动较为复杂,主要存在四个涡旋,其中两个涡旋在底部,两个涡旋在上部。
涡旋的存在使得物料在结晶器内部获得了良好的混合,进一步提高了结晶器内物料的质量。
另外,结晶器内部的温度场也十分关键。
通过数值模拟结果可以看出,结晶器内部温度分布不均匀,底部温度较高,而顶部温度较低。
这是由于底部邻近铸坯熔池温度较高,导致底部结晶器的温度较高;而顶部的散热较快,导致顶部结晶器的温度较低。
最后,通过对数值模拟结果的分析得出,改变结晶器底部的形状,减少对流热损失,可以提高结晶器内部的温度分布均匀性,进而提高宽板坯的质量,同时也可以减少不必要的生产成本。
中厚板坯连铸结晶内流场的物理模拟

中厚板坯连铸结晶内流场的物理模拟冯国辉;孙凤桥【摘要】阐述了采用物理模拟方法建立水模型,研究水口的结构和工艺参数对液面的波动、流场及保护渣覆盖情况的影响.结果表明:在实验条件下,液面波高与拉速正相关;与凸底水口相比,凹底水口的液面波高较大,出口射流更发散,对窄边冲击较弱,水口流股冲击深度相对较浅;随着拉速的增大,使用凹底水口时,液渣层厚度差较大,但水口附近水油界面更活跃,无卷渣现象.结合物理模拟结果分析,在现有生产工艺条件下,使用凹底水口综合效果较好.【期刊名称】《现代冶金》【年(卷),期】2017(045)006【总页数】5页(P15-19)【关键词】板坯连铸;物理模拟;浸入式水口;波面波动;流场【作者】冯国辉;孙凤桥【作者单位】南京钢铁股份有限公司,江苏南京210035;南京钢铁股份有限公司,江苏南京210035【正文语种】中文【中图分类】TF777.1引言降低连铸坯的缺陷、提高终端产品质量一直以来都是钢铁企业面临的刻不容缓的任务。
结晶器作为连铸工序中最重要的环节,是众多缺陷问题的发源地,连铸坯的质量很大程度上取决于结晶器内钢液的流动。
如果结晶器内流动情况不好,易造成水口附近液面不活跃、结冷钢或者液面波动不稳、卷渣等一系列问题[1-2]。
所以研究浸入式水口结构和连铸工艺参数的关系,确定结晶器内合理的流场就很有必要。
为了降低某厂260 mm×2150 mm断面板坯连铸机在浇注中、低碳钢时的原始裂纹率,力争实现无缺陷连铸坯生产,本文根据相似原理,建立物理模型,采用水介质来模拟钢液的流动特性,通过研究不同的水口结构和工艺参数对液面的波动、流场及保护渣覆盖情况的影响,以此得到合理的流场,确定使用效果最佳的水口。
1 实验部分1.1 实验原理利用水力学的方法近似模拟板坯连铸过程结晶器内钢液的流动,此方法具有低成本、便携、直观等优点。
实验选用水作为模拟介质,使用有机玻璃建立1∶2物理模型,考虑到水箱出水对结晶器出口流体的影响,结晶器模型在满足相似比的基础上延长了1倍。
板坯连铸结晶器钢液流场的数学模拟

板坯连铸结晶器钢液流场的数学模拟
孙于萍;李杰;乐可襄;周兰聚
【期刊名称】《特殊钢》
【年(卷),期】2005(026)002
【摘要】用Fluent流体力学的三维计算软件,运用湍流脉动动能κ方程和湍流脉动动能散耗率ε方程的к-ε双方程模型在给定的数值计算条件下,对板坯连铸结晶器内钢液的流场进行了模拟研究,结晶器钢液流场的基本特征为:在结晶器出口方向存在一个速度较快的水平流,其冲击到结晶器壁时形成回流,把结晶器内钢液分割成上下两个回流区.通过数值计算得出,1250 mm×200 mm板坯结晶器水口合适插入深度为175 mm,出口倾角16°~18°和合适拉坯速度为1.0~1.2 m/min.
【总页数】4页(P12-15)
【作者】孙于萍;李杰;乐可襄;周兰聚
【作者单位】安徽工业大学,马鞍山,243002;安徽工业大学,马鞍山,243002;安徽工业大学,马鞍山,243002;济钢集团公司,济南,250101
【正文语种】中文
【中图分类】TF341.6
【相关文献】
1.板坯连铸结晶器内钢液流场的数值模拟 [J], 韩春鹏;张捷宇;任三兵;范正洁;贺友多
2.板坯连铸结晶器内钢液流场特征的研究 [J], 伏兆勇
3.板坯连铸结晶器钢液流场的数值模拟和优化 [J], 贾凌锋;乐可襄
4.板坯连铸结晶器内钢液流场的数值模拟 [J], 王浩;王恩刚;康丽;吴莉;周玮
5.不锈钢板坯连铸结晶器钢液流场影响因素 [J], 叶红刚
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Nu e i a n y i a i u a i n o l d Fl w e d i o d o m r c la d Ph sc lS m l to n F ui o Fil n M l f Ve tc lS a se r i a l b Ca t r
Z a hgn S i h H u ti,C e u n ig a dQ uS ega h oZ i g一, h e , u K na a Z hnY a qn n i h n t o
( oeeo Me l r cl n nr ni ei ,K n igU ie i f c neadT cnl y K n ig 503 1Cl g f t l g a adE eg E g er g u mn nvr t o i c n eho g , um n 09 ; l au i y n n sy S e o 6 2N t nl nier gR sa hC n r f ot uu at gTcnlg , et o n t l eer ntue B in 0 8 ) a oa E g e n eer et ni osC sn eh o y C n r rnadS e R sac Istt, ej g1 0 i n i c eoC n i o eI e h i i 0 1
a d b s d o a u a in o u d ma h n c . 一 i n in ln me c l i lt n o o ed i lb mod i c rid o t n a e n c c l t f i c a is 山e 3 d me s a u r a mu ai ff w f l n sa l S a r u o l f o i s o l i e b s g F u n ot a e a d h g q ai n t r u e c d 1 e u t s o ta h u r a i l t n r s l O y u i le ts f r n 一 ih Re e u t b l n emo e .R s l h w t e n me c l mu ai eu t C — n w o u s h t i s o s ic d i h e u t o h sc lsmu ain:t eef c o o ze sr cu ep r mee so q i v l u b l n ie i e e — n i e w t t e r s l f y i a i lt h s p o h f t fn z l tu t r aa t r n 1 u d l e r u e t n t n r e i e t k c
p rmees( ieh l ie4 aa tr sd oes 0 mm×4 z 0 mm 一 4 0 am 0 mm.sd oea ge +1 。~ 一1 。 x8 ieh l n l 5 5 )wi e t fsb re t d pho u meg d h
e t o ze 1 5 mm n a t g s e d 0 5 /mi n mod lv l u t a in h v e n s de y u ig 1 1 w t rmod. n r n z l y 1 a d c si p e . 5 m n n o l e c u t a e b e t id b sn : a e l e l f o u
m 拉坯速度 05 rn m、 . 5m/ i时水 V结构参数 ( a I 侧孔尺寸 4 m× 0mm~ 0m 8 m, 0m 4 4 m x 0m 侧孔角度 +1。 5 ~一1 。 对 5)
液面波动的影响 , 基于流体力学计算 , 用 Fun 软件 和采用 一 利 let 双方程 高雷诺数湍流模型对板坯结 晶器 内的流场 进行 了三维数值模拟。结 果表明 , 数值模拟结果与物理模 拟结果 较吻合 ; 口结 构参数对 液面湍 动能 的影 响较 明 水
Ab t a t T elq i o ed i l fa2 0 mm 0 sr c h i u d f w f l mod o 0 l i n x 13 0 mm e ia lb c se n eef c f o ze s c u e v r c ls a t ra d t f t zl t t r t a h e on u r
显 ; 1 4水 E中 , 水 V (0m 4 在 ~ l 2 I4 m x 0mm, 5 , +1。 向下 , l形底部 ) 倒 , 的使 用性 能相对较好 ; 流股 的 冲击 速度越 浅, 自由液面湍动能越大 。 关键词 连铸机 结晶器 液面湍动能 浸 入式 水 口 物理模 拟
( 1昆明理工大学冶金与能源工程学院 , 昆明 6 0 9 ; 5 0 3 2钢铁研究 总院连铸技术 国家工程研究 中心 , 北京 10 8 ) 00 1
摘 要 采用1 1 : 的水模型 研究 了 2 0mn ×1 0 m立 式 板坯 连铸 结 晶器 内流 场 和在水 口浸入 深度 15 0 l 0m 3 1
第3 3卷第 1 期
21 0 2年 2月
特殊钢
S E AL S E P CI TE L
Vo . I33. . No 1
F bu r 2 1 ・ 1 ・ e ray 0 2 5
立 式板 坯 连铸 机 结 晶器 内流 场 的数 值 物理 模 拟 赵志刚 ' 施 胡坤 太 陈远 清 仇 圣桃。