试析模拟电磁搅拌下圆坯结晶器内夹杂物运动行为

论文导读：
摘要：夹杂物对钢的性能有重要影响,钢的全氧含量在精炼之后可以达到10ppm以下,可由于连铸历程中二次氧化和卷渣等理由,钢的全氧含量有所回升,造成铸坯中夹杂物含量增加。结晶器电磁搅拌技术可显著改善铸坯质量、提升钢的洁净度,被广泛运用于连铸生产。目前国内外冶金学者对电磁搅拌下结晶器内流场和夹杂物行为进行了较多的数学模拟和工业试验探讨,但是关于物理模拟特别是水模拟的探讨报道还比较少。本论文以某钢厂大圆坯连铸结晶器为原型,根据相似原理建立了1：1的物理模型,利用水模和机械搅拌来模拟电磁搅拌下圆坯结晶器内的钢液流场。经过结晶器内流场和速度场的测量,不断改善搅拌桨的形状,保证了结晶器内机械搅拌产生的流场与电磁搅拌下的流场的相似性,开创了模拟结晶器电磁搅拌的新策略。通过数学模拟和水模实验探讨了利用直通水口和旋转水口时结晶器内的流场形态和夹杂物运动轨迹得知,利用两个水口都会形成上下两个回流区,旋转水口比直通水口的钢液冲击深度浅,回流区的位置显著比直通水口靠上,并且结晶器内钢液有一定的切向速度,有利于夹杂物的上浮去除和热区中心的上移。由水模实验探讨了拉速、搅拌强度等对流场和夹杂物上浮率的影响。拉速增加使直通水口和旋转水口的冲击加深,夹杂物去除率降低。电磁搅拌能将水口流股的冲击速度转化为切向速度,降低直通水口的冲击深度和减弱旋转水口对坯壳的冲刷,为夹杂物的聚集上浮创造了有利条件。利用旋转水口时搅拌强度越大,夹杂物的上浮率越高；利用直通水口时,随着搅拌强度增加夹杂物的上浮率先升高后降低,当搅拌转速48rpm(搅拌区最大切向流速约0.25m/s)时,夹杂物的上浮率最高。利用数学模拟比较浅析了无电磁搅拌时两种水口的液面状态,并通过水模实验探讨了利用不同水口时拉速及搅拌强度对保护渣覆盖情况的影响。探讨得知：无电磁搅拌时,利用旋转水口时液面切向速度远大于直通水口,可达到0.15m/s,渣钢界面活跃,弯月面温度能提升11℃,利于化渣,能有效防止液面结壳；施加电磁搅拌之后,利用直通水口时水口附近有较大的中心漩涡,液面波动大,而利用旋转水口时的液面波动小,液面流速相对较低,不容易发生卷渣。关键词：圆坯结晶器论文电磁搅拌论文物理模拟论文数学模拟论文夹杂物上浮论文
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Abstract4-9
第一章 绪论9-25

1.1 连铸电磁搅拌技术进展近况9-11

1.1 连铸技术进展近况9-10

1.2 电磁搅拌技术进展近况10-11

1.2 电磁搅拌原理及作用11-15

1.2.1 电磁搅拌原理及分类11-13

1.2.2 结晶器电磁搅拌的冶金作用13-15

1.3 电磁搅拌下圆坯结晶器内夹杂物运动行为的探讨近况15-20

1.3.1 数学模拟近况15-17

1.3.2 物理模拟情况17-20

1.4 文献小结及课题探讨作用和内容20-25

1.4.1 文献小结20

1.4.2 课题探讨作用20-22

1.4.3 课题探讨内容22-25

第二章 物理模拟实验原理、设备及策略25-39

2.1 物理模型相似条件的确定25-26

2.

1.1 相似准数的选择25-26

2.

1.2 相似比的确定26

2.2 物理模型与实验设备的建立26-31

2.1 物理模拟所用主体设备26-28

2.2 水循环系统实验设备28-30

2.3 传动系统设计及设备选择30-31

2.3 物理模拟实验策略31-38

2.3.1 流场显示及速度场的测量31-33

2.3.2 夹杂物的选择33-36

2.3.3 钢渣界面相似条件的确定36-38

2.4 本章小结38-39

第三章 机械搅拌与电磁搅拌速度场的相似性浅析39-53

3.1 搅拌桨设计的论述依据39-44

3.

1.1 电磁搅拌下圆坯结晶器流场及速度场数学模拟39-41

3.

1.2 不同类型搅拌桨的流场、速度场分布41-44

3.2 搅拌桨的初步设计与相似性浅析44-51
3.

2.1 平直叶涡轮搅拌桨速度场及相似性浅析45-46

3.

2.2 锚式搅拌桨(H型)速度场及相似性浅析46-48

3.

2.3 锚式搅拌桨(U型)速度场及相似性浅析48-50

3.3.4 搅拌桨的确定及其速度场分布论文导读：算区域与网格划分82-855.2.2计算策略及收敛标准85-865.2.3数学模拟工艺参数及内容865.3数学模拟结果及浅析86-915.3.1不同水口结晶器内流场、速度场模拟结果比较86-905.3.2不同水口液面的流场、温度场、湍动能的数学模拟浅析90-915.4本章小结91-93第六章结论93-95致谢95-97参考文献97-103附录103上一页
50-51

3.3 本章小结51-53

第四章 水口、拉速和搅拌强度对流场、夹杂物及卷渣的影响探讨53-79

4.1 不同水口的流场形态及夹杂物运动轨迹浅析53-55

4.

1.1 不同水口的流场形态浅析53-54

4.

1.2 夹杂物的运动轨迹浅析54-55

4.2 不同拉速对流场及夹杂物行为的影响浅析55-59
4.

2.1 拉速对流场的影响浅析55-57

4.

2.2 拉速对夹杂物行为的影响浅析57-59

4.3 搅拌对流场及夹杂物行为的影响浅析59-65
4.

3.1 搅拌对流场的影响浅析60-62

4.

3.2 不同搅拌强度对夹杂物行为的影响浅析62-65

4.4 不同因素对保护渣覆盖的影响浅析65-78

4.1 拉速对保护渣覆盖的影响浅析65-70

4.2 搅拌强度对保护渣覆盖的影响浅析70-76

4.3 不同水口对保护渣覆盖的影响浅析76-78

4.5 本章小结78-79

第五章 不同水口下的圆坯结晶器内流场的数学模拟79-93

5.1 连铸历程传输行为数学模型79-82

5.

1.1 数学模型及基本假设79

5.

1.2 制约方程79-81

5.

1.3 边界条件81-82

5.2 数学计算策略及数学模拟案例82-86
5.

2.1 计算区域与网格划分82-85

5.

2.2 计算策略及收敛标准85-86

5.

2.3 数学模拟工艺参数及内容86

5.3 数学模拟结果及浅析86-91
5.

3.1 不同水口结晶器内流场、速度场模拟结果比较86-90

5.

3.2 不同水口液面的流场、温度场、湍动能的数学模拟浅析90-91

5.4 本章小结91-93
第六章 结论93-95
致谢95-97
参考文献97-103
附录103