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《三流異型連鑄中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)值模擬-論文.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第36卷第5期武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)Vo1．36。No．52013年1O月JournalofWuhanUniversityofScienceandTechnology0et．2013三流異型連鑄中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)值模擬王紅娜，王鑫潮，鄭寶安，樊世亮，陳列，成國(guó)光(1．北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京，100083；2．西寧特殊鋼股份有限公司，青海西寧，810005)摘要：根據(jù)西寧特殊鋼股份有限公司三流異型連鑄中間包的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)，提出中間包結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案，應(yīng)用ANSYSCFX數(shù)值模擬軟件計(jì)算不同控流裝置下中間包內(nèi)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分
2、布，并建立物理模型對(duì)數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，確定最佳的優(yōu)化方案。結(jié)果表明，原型中間包內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布不均勻，3個(gè)水口最大溫差達(dá)3．11K，導(dǎo)致各水口處鑄坯質(zhì)量存在差異；使用U形擋墻后，中間包內(nèi)鋼液的流動(dòng)特性得以改善，其成分和溫度分布更為均勻，3個(gè)水口的最大溫差僅為0．2OK。關(guān)鍵詞：連鑄中間包；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；數(shù)值模擬；流場(chǎng)；溫度場(chǎng)中圖分類(lèi)號(hào)：TF777．1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674—3644(2013)05—0337—06在連鑄過(guò)程中，中間包內(nèi)部鋼液的流動(dòng)狀態(tài)、度矢量，rn·sI。；z為i方向坐標(biāo)。溫度分布以及內(nèi)部非金屬夾雜
3、物的尺寸和數(shù)量都動(dòng)量方程(Navier—Stokes方程)是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。引入合理的控流裝OUilAj廠(32Ui)ap+—一llDD一。eff-，一十曙·。+十F(2z)置，有助于改善中間包內(nèi)鋼液的流動(dòng)特性[】]，促進(jìn)鋼液成分和溫度的均勻分布。本文針對(duì)西寧特式中：為J方向鋼液速度矢量，m·s_。；為殊鋼股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“西寧特鋼”)三流異方向坐標(biāo)；為有效黏度系數(shù)，Pa·S；P為壓力，型中間包內(nèi)溫度分布不均以及各水口處鑄坯質(zhì)量Pa；g為重力加速度，in·s一；F為熱浮力，N。存在差異等問(wèn)題，用ANSYSCFX軟件
4、計(jì)算不同湍動(dòng)能方程控流裝置下中間包內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布，以期a得到較佳的中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。3x,[p一差]c3式中：k為湍流動(dòng)能，in?！；e為湍流動(dòng)能耗散1數(shù)學(xué)模型率，m‘s一；k為常數(shù)，k一1Ⅲ；Gk—taOuiFOulz．a(chǎn)z1．1基本假設(shè)對(duì)本研究模型作如下假設(shè)：+]，一十一．+pC譬，其中為湍(1)中間包內(nèi)鋼液流動(dòng)視為不可壓縮牛頓流流黏度系數(shù)，Pa·s；-為層流黏度系數(shù)，Pa·s；C體的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。為常數(shù)，C一0．09。(2)中間包內(nèi)鋼液流動(dòng)為湍流流動(dòng)過(guò)程。湍動(dòng)能耗散率方程(3)忽略表面渣層和液面波動(dòng)的影響。(4)等溫
5、流動(dòng)過(guò)程中，鋼液按均相介質(zhì)處理，蠹一]一cc一cc4其密度和黏度等參數(shù)均假設(shè)為常數(shù)。式中：C、C、均為常數(shù)，分別取值為1．44、1．921．2控制方程和1．3[。中間包內(nèi)鋼液的流動(dòng)行為可以用連續(xù)性方中問(wèn)包內(nèi)鋼液的溫度分布可用傳熱方程描程、動(dòng)量方程及標(biāo)準(zhǔn)e雙方程(包括湍動(dòng)能方程述：和湍動(dòng)能耗散率方程)來(lái)描述：pCOT--連續(xù)性方程or~z(k)+(尼等)+一0(1)旦32i3z(懸)+qv(5)式中：lD為鋼液密度，kg·ITI_‘；“為i方向鋼液速式中：C為比熱容，J／(kg·K)；T為溫度，K；五收稿日期：2013-07—03
6、作者簡(jiǎn)介：_T_~'32fI~(1987)，女，北京科技大學(xué)碩士生．E-mail：wanghn1207@163．corn武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)2013年第5期為傳熱系數(shù)，w／(m?！ぁ輖v為源項(xiàng)，J。液面散熱量15kW／m。，縱向壁面散熱量3．8kw／1．3邊界條件1TI。，橫向壁面散熱量3．2kW／m，底面散熱量模型邊界條件為：1．4kW／m。。(1)長(zhǎng)水口為入口。根據(jù)流量平衡原理，由拉1．4模型的建立坯速率和鑄坯截面計(jì)算出中間包入口質(zhì)量流量。西寧特鋼三煉鋼分廠的三流異型中間包的結(jié)計(jì)算溫度場(chǎng)時(shí)，人口處鋼液溫度取相應(yīng)鋼種的鋼構(gòu)示意圖如
7、圖1所示。中間包內(nèi)鋼包注流點(diǎn)在1包澆鑄溫度T。。號(hào)和2號(hào)水口之間，各個(gè)水口到注流點(diǎn)的距離不(2)自由液面忽略表面渣層影響，與氣相直接等。若控流裝置不合理，將直接影響3個(gè)水口流接觸，表面切應(yīng)力很小，可以忽略不計(jì)，變量梯度動(dòng)狀態(tài)的一致性，對(duì)鑄坯質(zhì)量控制不利。為了改]11善鋼液的流動(dòng)特性，提出了3種控流裝置優(yōu)化方為零；溫度邊界條件為一q，其中q為中間包uL案，如圖2所示。由于原控流裝置在實(shí)際應(yīng)用中自由液面的散熱量。制作及安裝簡(jiǎn)單，故方案T1和方案T2保留了原(3)浸入式水口為出口。根據(jù)出口邊界條件型的導(dǎo)流杯裝置，僅改變了原導(dǎo)流杯的設(shè)計(jì)
8、參數(shù)。處理，設(shè)置平均靜壓力為0Pa。方案T3則取消了導(dǎo)流杯，而采用一種新型的U(4)壁面采用無(wú)滑移邊界條件，其附近流場(chǎng)采形擋墻作為控流裝置。用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)計(jì)算。壁面溫度邊界條件為采用ANSYSCFX軟件建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)原]個(gè)一q，其中q為中間包壁面散熱量。中間包
