板坯连铸结晶器夹杂物运动行为的数值模拟和优化
连铸板坯结晶器内夹杂物的行为
X
。
。
结 晶器 内 夹杂 物 的运 动行 为
,
。
水力模 型 模
射 线 照 相 分析结 果证 明 了 这 一 结 论
《I
。
拟 中 间 包 一结 晶 器 系 统 包 括 滑 动 水 口 和
浸 入 式水 口
,
。
&
SM 》 1993( 2)
.
:
14 ~ 1 6
。
2
的过 滤 装 置 应 有
,
l t/
,
。
m i
,
n
的 浇注 速 度
,
因此 又 增 加 了 一 个 ( 共
。
数 学 模型 计 算 与 水力 模型 试 验 结果 很 接近 不 论 是 否 吹 入 气 体 在 结 晶 器 内 上 下
两个 区 域 都 存 在两 个 大 的 回 流 区
。
五 个 ) 过 滤 器 以 使有效工 作面 积 仍保 持
28 71m m
2
的水平
用 该项 技术 共成 功 地 浇
吹气 对
。
4 炉计 铸了 2
9 2 40 t
钢 试 验 期 间还 对 结 晶
,
。
液 流状 态 和 夹杂物 运 动均 有很 大影 响
内 的 钢 液 面 进 行 了 测 定 并 由过 程 计 算 机
厘 米 以 下 位 置 的 网 屏 测定 此 网屏 可 捕 获
,
5
.
4
n
血有
。பைடு நூலகம்
1 5个
孔
,
22o
钢液
浇完
,
钢 种 为高 含 硫 量
连铸坯夹杂物产生原因分析及改进
连铸坯夹杂物产生原因分析及改进一、引言连铸是现代钢铁生产中常用的一种工艺。
它可以提高生产效率、降低能耗、改善工作环境、减少劳动强度，因此被广泛应用。
在连铸过程中，一些夹杂物的产生会导致产品质量下降、生产效率降低，并严重影响设备寿命。
如何减少夹杂物的产生，提高产品质量，成为生产中亟需解决的问题。
二、夹杂物产生原因分析1.原料质量不稳定连铸坯的原料主要是钢水，而钢水的质量直接影响夹杂物的产生。
如果原料中含有较多的杂质、氧化物等，就会增加夹杂物的产生几率。
而且，原料的成分不稳定也是引起夹杂物产生的一个因素，一旦成分变化，就容易导致夹杂物出现。
2.连铸设备使用不当连铸设备的使用不当也是夹杂物产生的重要原因。
操作不规范、设备维护不到位、温度控制不稳定等都会导致夹杂物的产生。
当温度过高或过低时，容易使得钢水和坯料中的气体凝固，形成夹杂物。
3.连铸工艺参数不合理连铸过程中，工艺参数的设置直接影响了夹杂物的产生。
如果连铸速度过快或者过慢，结晶器冷却不均匀等，都会导致夹杂物产生。
结晶器振动频率、结晶器倾斜角度、结晶器冷却水温度等参数的选择也会影响夹杂物的产生。
4.人为因素在连铸过程中，人为操作失误也是夹杂物产生的一个主要原因。
操作工不熟练、设备检查不到位等都可能导致夹杂物的产生。
而且，人为因素不可控因素多，所以造成夹杂物的产生很容易。
三、改进措施1.原料质量监控首先要保证原料的质量稳定，及时清洁处理原料，确保原料的成分合理、纯净。
加强对原料的把控，对于原料中可能含有的杂质要及时剔除，确保连铸坯的质量。
2.加强设备维护连铸设备是关键的生产装备，要加强对设备的维护。
定期检查、保养设备，确保设备各项功能正常，减少因为设备问题导致的夹杂物的产生。
3.优化连铸工艺对于工艺参数的设置要进行优化，选择合适的连铸速度、结晶器振动频率、结晶器倾斜角度、结晶器冷却水温度等参数，保证连铸坯的质量。
要对工艺参数进行严格的控制，确保温度、速度等参数的稳定。
天钢板坯结晶器流场物理模拟及连铸工艺优化
３１ 液 面波 动 测 量 ．
３ ． 冲击 压力实验结果分析 ．２ ２ 为减少水 口射流对坯壳 的冲刷 ， 要求 冲击压力 要 尽量小 。从 表 ２中可 以看 出 ， 各断面及拉 速条件下 各 测点 的 冲击 压力都 很小 ， 很多测 点测 量值 为 负 （ 量 测
动 、卷渣 等情况 引起 的铸 坯夹 杂物及 表 面缺陷 等问
题。
６
２ 试验原理及水模 的建立
２ １ 实验 方 法 ．
结 晶器 内 的钢 液在流 动 时受到 的作用力 ：惯 性
力、 重力 、 粘性力 及表面张力 ， 含这些力 的相似 准数 包 有： 雷诺 准数 （ ）弗鲁 德准数 （ 和 韦伯准数 （ ） 、 ） Ｗ 。
的表 现形式 ， 如果结 晶器液 面过于平 静 ， 导致 结 晶 会
器 内保 护渣熔 化不好 ， 造成铸 坯表 面缺 陷 ， 严重 时可 能会造成钢水液 面凝 固结壳 ， 导致结 晶器 漏钢 。如果
结 晶器 液面波 动太大 ， 会造 成结 晶器 卷渣 、 钢水 二次 氧化 ， 同样会导致铸坯 夹杂与表面缺 陷。本文通过结 晶器 的水 模实 验［］ １， － 主要包 含液 面波动 的测量 、 ５ 冲击 深 度的测量及结 晶器流场 演示 ， 进行结 晶器钢 液面保 护渣覆盖情况 的物理模 拟 ， 归纳其变化规 律及 产生铸 坯 内部夹杂和表面缺 陷的原因 ， 给连铸工 艺的优 化提 供 理论依 据 ， 解决连铸生 产过程 中因为结 晶器液 面波
表 ２ 流 股 对 侧 壁 冲 击 压 力
： ： － ７１ Ｖ ０ ０ √ ７ …
（） ４
拉速
： ｈｕ＂ Ａ２ Ａ２ ． ５
几 ｚ一 几
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 ；
连铸中间包内流场与夹杂物运动的数值模拟
Typical compositions moltenslag in 1813K
Al2O3 2480
计算夹杂物颗粒运动时，当其运动至自由表面 时，认为夹杂物已经浮出液面或者被液面覆盖剂所 吸收；当其运动至壁面（包括矮墙） ，认为夹杂物 被壁面反射；当其运动至水口出口时，认为其随钢 液流入结晶器。
3
数值计算结果分析
⎞ ⎟ + G − ρε ⎟ ⎠
（3）
湍流耗散（ε）方程：
2011 年第九届全国连铸学术会议
ρU j
∂ε ∂ = ∂x jபைடு நூலகம்∂x j
⎛ μ eff ∂ε ⎜ × ⎜σ ⎝ ε ∂x j
⎞ C1εG − C 2 ρε 2 ⎟+ ⎟ k ⎠
（4）
G = μt
∂U j ⎛ ∂U i ∂U j ⎜ + ∂xi ⎜ ∂ ∂xi x ⎝ j
表1 Table 1
各符号含义及单位 符号 ε T g G keff Cp 参数含义 湍动能 耗散率 钢液温度 重力 加速度 湍动能 产生率 有效传热系数 比热容 经验常数,普遍 采用以下推荐 值：C1=1.43， C2=1.93， Cd=0.09， σk=1.0，σε=1.3 单位 J/(kg·s) K m/s2 / W/(m2·K) J/(kg·K)
包的流场、夹杂物的运动以及不同粒度、密度夹杂物的去除率。结果表明，中间包内设置一定的控流装置能够明 显改善钢液的流动，提高夹杂物的去除率，尤其对小粒度夹杂物去除率的影响尤为显著。 关键词：中间包；夹杂物；控流装置；矮墙；去除
Mathematical Simulation of Steel Flow and Movement of Inclusions in Continuous Casting Tundish
《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，板坯连铸技术作为钢铁生产过程中的关键环节，其工艺流程和设备性能的优化对提高钢铁产品质量和效率具有重大意义。
板坯连铸结晶器是连铸过程中熔融金属液凝固成型的关健设备，其内部的三维流热固耦合现象复杂，直接影响到连铸过程的稳定性和板坯的质量。
因此，对板坯连铸结晶器内三维流热固耦合现象进行数值模拟研究，对于优化连铸工艺、提高生产效率和产品质量具有重要意义。
二、研究背景及意义在板坯连铸过程中，结晶器内部的三维流场、温度场以及固液相变过程相互影响、相互制约，构成了一个复杂的流热固耦合系统。
对这个系统的深入研究，可以帮助我们更好地理解连铸过程的物理机制，优化工艺参数，提高生产效率和产品质量。
此外，通过数值模拟方法对结晶器内部流场和温度场进行模拟，还可以为结晶器设计和优化提供理论依据。
三、研究方法及模型建立本研究采用数值模拟的方法，建立板坯连铸结晶器内三维流热固耦合模型。
首先，根据实际生产过程中的设备参数和工艺条件，建立结晶器三维几何模型。
然后，基于流体动力学、传热学和固液相变理论，建立流场、温度场和相变场的数学模型。
通过耦合这三个物理场，形成三维流热固耦合模型。
四、数值模拟结果及分析1. 流场分析通过对结晶器内三维流场的模拟，我们可以清晰地看到熔融金属液的流动轨迹和速度分布。
在结晶器的不同位置，金属液的流动速度和方向存在明显差异，这主要是由于重力、摩擦力、浮力等多种力的共同作用。
通过对流场的分析，我们可以找到金属液流动的瓶颈区域和优化流动的关键位置。
2. 温度场分析温度场是结晶器内另一个重要的物理场。
通过模拟温度场的变化，我们可以了解熔融金属液的凝固过程和温度分布。
在结晶器的不同位置，温度存在明显差异，这主要受到金属液流动、热量传递和相变等多种因素的影响。
通过对温度场的分析，我们可以找到热量传递的关键区域和优化热传递的途径。
3. 固液相变分析在连铸过程中，熔融金属液在结晶器内逐渐凝固成板坯。
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。
结晶器总结
一.大方坯连铸机管式结晶器的应用实践结论(1)管式结晶器的应用不需要大量的设备改进和工艺改进,容易实施;(2)管式结晶器同板式结晶器相比,使用寿命提高,最长在线时间达384h,最高过钢量达2. 34万t以上。
(3)应用管式结晶器能显著提高铸坯表面质量,表面缺陷率降低,冷疤完全消除。
(4)管式结晶器对铸坯外形尺寸合格率的提高有一定作用,对内部质量的影响同板式结晶器相比没有明显的变化,能够适应铸机生产的需要。
二.吹氩板坯连铸结晶器内夹杂物去除的数值模拟结论(1)采用准单相模型和离散相模型可以描述水空气夹杂模拟物体系和钢液氩气夹杂物体系夹杂物行为和去除率，夹杂物去除率与物理模拟结果趋势一致，表明采用这一数值模拟方法是可行的.(2)对所研究的结晶器条件，吹氩有利于夹杂物上浮去除，时间足够长时，上浮率等于去除率. 对相同气量6.0 L/min，夹杂物在拉速 1.3 m/min 时去除率最低. 对相同拉速1.2 m/min，存在临界气量9.0 L/min，在临界气量以下，吹氩可增加夹杂物上浮率，减小进入铸坯率；在临界气量以上，夹杂物上浮率减少，进入铸坯率增大.三、高效连铸下的结晶器优化结论通过结晶器参数的优化实践可以得出以下结论：（1）单一锥度结晶器不能适应以高拉速为特征的高效连铸，采用抛物线锥度是解决这一矛盾的有效途径。
同时注意，抛物线锥度要适应不同钢种的要求，且锥度不能过小。
（2）钢管镀层的好坏，直接影响到结晶器的寿命，为此要加强镀层监控，使其达到技术要求。
（3）上压盖内卡式密封能够有效地减小铜管上口变形，防止漏水事故。
四、结晶器通关在使用中存在的问题及分析结论通过对润滑油的严格控制、结晶器总成的改进和振动台的校正，基本消除了连铸过程中存在的问题，铜管平均过钢量超过35(X)t。
影响结晶器铜管正常使用除自身因素外，结晶器总成设计是否合理、制造精度和振动参数等直接关系到铸坯质量与生产效率五、结晶器液压振动技术在梅山高效连铸中的应用结论(l)结晶器非正弦液压振动通过由不同的上振和下振曲线相互组合构成来实现下振时间短、速度快，上振时间长、速度慢这一振动工艺的要求，在控制振痕深度上等同于高频振动，在影响结晶器保护渣消耗上等同于低频振动，从而克服了正弦振动的不足之处，为高效连铸创造了条件。
板坯连铸结晶器流场物理与数学模拟研究
板坯连铸结晶器流场物理与数学模拟研究
1 连铸结晶器流场物理模拟
连铸结晶器流场物理模拟是研究连铸坯料结晶过程的一种重要手段，是利用数值模拟的方法，来模拟连铸拉管内坯料的运动及结晶发展状态。
模型的实际内容主要包括连铸坯料的宏观流场状态以及坯料中结晶物的运动规律等行为。
通过模拟，可以更客观准确的描述连铸结晶器内坯料的物理行为，从而深入了解坯料在结晶器内的运动规律及行为，为分析和优化结晶器厂内运行状况提供更全面及客观的评价依据。
2 连铸结晶器流场数学模拟
连铸结晶器流场的数学模拟是指通过构建连铸拉管内的坯料流场数学模型，以及采用恰当的结晶行为模型，通过数值计算模拟分析出连铸坯料结晶过程的流场行为。
数学模拟可以非常客观准确的描述在连铸拉管内坯料结晶时存在的热平衡性、液态结晶性及流场的发展变化规律，而且还能考虑到基于个体的细致行为，如晶粒大小、组分等及结晶动力学过程。
数学模拟可以作为理解坯料的运动过程的重要工具，帮助研究人员更深入了解结晶器内坯料的流场状态，有助于研究连铸结晶器内坯料的性能及实际运行情况。
3 结论
连铸结晶器流场物理模拟和数学模拟是目前研究连铸结晶器流场状态的有力手段，它们可以通过客观的数据和事实，来解释连铸坯料
的结晶过程及其运动规律，从而帮助研究人员更深入地探索问题本质及潜在机理，以此寻求更好的解决方案。
目前，已经有许多研究者采用这两种模拟方法，研究了连铸结晶器流场性质及变化规律，同时也得出了不少有益的结论与研究成果，但由于连铸结晶器流场特性复杂且简单模型化研究还存在不足，所以仍然需要持续深入探讨和研究才能进一步提高连铸结晶器的运行效率和能源使用效率。
《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，板坯连铸技术作为钢铁生产的重要环节，其结晶器内的三维流热固耦合现象逐渐成为研究的热点。
该过程涉及到流体动力学、传热学、固体力学等多学科交叉，对优化生产流程、提高产品质量具有重要意义。
本文旨在通过数值模拟的方法，对板坯连铸结晶器内的三维流热固耦合现象进行深入研究，以期为实际生产提供理论依据和技术支持。
二、问题概述在板坯连铸过程中，结晶器是关键设备之一，其内部的三维流热固耦合现象对铸坯的质量和性能有着重要影响。
该现象涉及到熔融金属的流动、传热、以及凝固过程中的相变和力学行为，具有高度的复杂性和多变性。
因此，对结晶器内三维流热固耦合现象进行深入研究，对于提高铸坯质量、优化生产流程、降低生产成本具有重要意义。
三、数值模拟方法为了研究板坯连铸结晶器内三维流热固耦合现象，本文采用数值模拟的方法。
首先，建立结晶器内三维流场的数学模型，包括熔融金属的流动、传热等物理过程。
其次，运用计算流体动力学（CFD）方法，对数学模型进行求解，得到结晶器内流场的分布和变化规律。
再次，考虑固相的相变和力学行为，建立固相数学模型，并与流场模型进行耦合。
最后，通过数值模拟软件，对耦合模型进行求解，得到结晶器内三维流热固耦合现象的数值模拟结果。
四、模拟结果与分析通过数值模拟，我们得到了板坯连铸结晶器内三维流热固耦合现象的详细结果。
首先，流场分布结果表明，熔融金属在结晶器内呈现出复杂的流动形态，受到多种因素的影响，如结晶器的结构、金属的成分和温度等。
其次，传热过程的分析表明，结晶器内的传热过程与流场密切相关，流速较快的区域传热效果较好。
最后，固相的相变和力学行为的分析表明，凝固过程中的相变和力学行为对铸坯的质量和性能有着重要影响。
通过对模拟结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 结晶器结构对流场分布和传热过程具有重要影响。
合理的结晶器结构能够优化流场分布，提高传热效果，从而提高铸坯的质量和性能。
板坯连铸机结晶器流场数值模拟及结果分析
毕业设计目录摘要············································································································································· - 2 - 英文摘要····································································································································· - 3 - 第一章绪论 ······························································································································· - 4 -1.1结晶器··························································································································· - 4 -1.2结晶器内钢液的流动··································································································· - 4 -1.3结晶器流场的模拟方法······························································································· - 4 -1.4本课题的研究意义、研究内容·················································································· - 5 -1.4.1课题意义············································································································ - 5 -1.4.2本文的主要工作································································································· - 5 - 第二章文献综述······················································································································· - 6 -2.1连铸过程概述··············································································································· - 6 -2.2数值模拟研究现状······································································································· - 6 - 第三章结晶器内流场数学模型的建立··················································································· - 9 -3.1模拟条件······················································································································· - 9 -3.2控制方程······················································································································· - 9 -3.3边界条件的确定··········································································································· - 9 - 第四章模拟计算方法··············································································································- 11 -4.1 GAMBIT ······················································································································- 11 -4.2 FLUENT·······················································································································- 11 -4.3前处理·························································································································- 11 -4.4 求解·····························································································································- 11 -4.5后处理··························································································································- 11 - 第五章计算结果和分析··········································································································- 12 -5.1结晶器内流场基本特征····························································································· - 12 -5.2水口倾角对流场的影响···························································································· - 12 -5.3水口插入深度对流场的影响···················································································· - 13 -5.4拉坯速度对流场的影响···························································································· - 14 - 第六章结论······························································································································- 15 - 参考文献····································································································································- 16 - 致谢············································································································································- 17 -- 1 -李佳：板坯连铸机结晶器流场数值模拟及结果分析板坯连铸机结晶器流场数值模拟及结果分析摘要连铸结晶器过程钢水流动与生产工艺顺序和铸坯质量有密切关系，它不仅涉及到夹杂物分离去除效果和防止保护渣卷入，而且对初生凝固坯壳发育和避免漏钢事故发生具有显著影响。
连铸结晶器内夹杂物运行的数值模拟
连铸结晶器内夹杂物运动行为的数值模拟摘要：通过计算模拟和与工厂测量夹杂物的比较验证，研究板坯连铸机中湍流、夹杂物和气泡的运动，以及通过流体流动和气泡上浮去除夹杂物行为。
利用有限差分模型中的标准κ-ε湍动能模型，模拟结晶器熔池中和上部流股中钢液的三相稳定流动。
考虑到夹杂物和气泡的阻力和浮力，通过综合每个局部速度计算夹杂物和气泡的轨迹。
利用一个“随机轨道”模型湍描述流脉动对粒子运动的影响。
由于在结晶器中通过气泡运行去除夹杂物，在流体流动模拟基础上计算气泡表面夹杂物的附着概率，此流动模拟包括涡流夹杂轨迹、沿着气泡表面的每一个夹杂的滑行时间，滑行时间为颗粒和气泡尺寸的函数。
结果表明，6%~10%的夹杂物通过流体流动行为去除，10%的通过气泡上浮去除，以及4%的通过诱捕到浸入水口（SEN）的壁面去除。
小气泡和大的夹杂物附着概率更高。
小气泡更有利于通过气泡上浮去除夹杂物，当他们没有被凝固壳捕获。
较大的气体流速有利于气泡上浮去除夹杂物。
最佳的气泡大小应该是2-4mm。
关键词：夹杂物去除；流体流动；气泡上浮；连铸结晶器；附着概率1 引言由于高品质钢日益增长的需求，钢铁企业越来越意识到产品“纯净”的要求。
尽可能生产夹杂物少的纯净钢是钢铁制造业的主要任务之一。
夹杂物可以通过流体流动运行或者气泡上浮从钢液中去除[1-6]。
由于小气泡在钢水中停留时间很短，所以气泡表面的夹杂物能够很快的去除。
如果它们捕获到坯壳内，气泡中的夹杂物最终会生成诸如气孔和管状之类的缺陷。
图1是气泡中的夹杂物的一个例子[9-10 ]。
在连铸过程的二级钢精炼工艺中，气泡存在的平均当量尺寸为10~20mm [1-11]和~5mm。
气泡形状随大小而变化。
尺寸<3mm的气泡呈球形，在3-10mm之间的呈球状，以及>10mm的呈球帽形。
目前，连铸过程中计算出稳流和粒子的轨迹（夹杂物和气泡）。
通过流体流动运输和连续铸造中钢水中的气泡去除夹杂物的方法已经量化。
连铸坯夹杂物产生原因分析及改进
连铸坯夹杂物产生原因分析及改进一、引言连铸是一种重要的钢铁生产工艺，通过将液态金属直接连续浇注成坯，在一定程度上能够提高铸坯质量，提高生产效率。
在连铸生产过程中，常常会出现夹杂物问题，严重影响了铸坯的质量和使用性能。
对连铸坯夹杂物产生原因进行深入分析，找出问题根源，采取相应的改进措施，是非常有必要的。
二、连铸坯夹杂物的产生原因分析1.原料水分过高在连铸生产过程中，原料的水分含量过高是造成坯内夹杂物的一个重要原因。
当原料表面的水分在铸造过程中蒸发时，会产生气泡，导致坯内夹杂物的生成。
原料的水分控制非常重要。
2.连铸坯结晶器冷却不足结晶器的冷却不足也是连铸坯夹杂物的常见原因之一。
当结晶器温度过高时，坯内的气体无法充分排出，导致夹杂物的产生。
保证结晶器的有效冷却是减少坯内夹杂物的关键。
3.连铸过程中的气体包被排除不彻底在连铸过程中，气体包会随着液态金属一起进入坯内，如果气体包排除不彻底，就会在坯内停留，并在坯内形成夹杂物。
连铸过程中对气体排除的控制非常重要。
4.结晶器内流动状态不佳结晶器内的流动状态不佳也会导致坯内夹杂物的产生。
如果结晶器内的金属流动不畅，坯内的气体排出不畅，就会产生夹杂物。
结晶器内流动状态的改善对减少坯内夹杂物至关重要。
6.连铸坯冷却过程不足连铸坯冷却过程不足也是坯内夹杂物产生的一个重要原因。
在坯冷却过程中，如果冷却不足，坯内的气体和夹杂物无法充分排出，就会在坯内停留，影响坯的质量。
三、连铸坯夹杂物产生原因改进方案1.加强对原料水分的控制首先要加强对原料水分的控制，确保原料表面的水分含量符合要求。
通过调整原料的储存和运输环节，减少原料表面的水分含量，从源头上减少坯内夹杂物的产生。
2.优化结晶器冷却系统优化结晶器冷却系统，确保结晶器的冷却效果达到要求。
通过调整冷却水的流量和温度，确保结晶器内的金属流动状态良好，坯内的气体排出畅通。
3.加强气体排除措施在连铸过程中，加强气体排除措施，确保气体包在坯内充分排除。
连铸坯夹杂物产生原因分析及改进
连铸坯夹杂物产生原因分析及改进【摘要】连铸坯夹杂物是指在连铸生产过程中出现的一种缺陷，严重影响铸坯的质量和性能。
本文通过对连铸坯夹杂物的定义和影响进行分析，探讨了产生原因和改进方法。
夹杂物产生的主要原因包括连铸过程中的气体和杂质混入、结晶器和水口设计不合理等。
针对这些原因，可以通过改进连铸设备、优化操作流程和提高工人技术水平来减少夹杂物产生。
本文强调了连铸坯夹杂物产生原因分析及改进的重要性，并展望了未来研究方向。
通过技术改进的实施，可以有效提高铸坯质量，提升生产效率。
深入研究连铸坯夹杂物的产生原因和改进方法对于提高连铸生产质量具有重要意义。
【关键词】连铸坯夹杂物、产生原因、改进方法、技术改进、研究背景、目的、影响、意义、展望、未来研究方向、总结1. 引言1.1 研究背景连铸坯夹杂物产生是影响连铸坯质量的重要因素之一，夹杂物的存在直接影响着钢材的力学性能和表面质量，甚至可能导致产品质量不合格。
对连铸坯夹杂物产生原因进行深入分析，并寻找相应的改进方法是当前研究的热点与难点之一。
近年来，随着我国钢铁产业的快速发展，对连铸坯质量要求也越来越高。
夹杂物的产生会影响到产品的品质和市场竞争力，因此解决夹杂物产生问题对于提高产品质量，增强企业竞争力具有重要意义。
当前，国内外学者对连铸坯夹杂物的产生原因进行了一定的研究，但仍存在一些问题有待解决。
针对这些问题，本文将对连铸坯夹杂物的产生原因进行全面的分析，探讨改进方法，并提出技术改进的实施方案，以期为相关领域的研究提供新的思路和方法。
1.2 目的研究连铸坯夹杂物产生原因及改进方法的目的在于提高连铸坯质量，降低成本，改善生产环境，保障生产安全，提高企业竞争力。
通过深入分析连铸坯夹杂物的形成机理，找出产生夹杂物的根本原因，并提出有效的改进措施，从根本上解决夹杂物问题。
通过技术改进的实施，推动企业技术创新，提高生产效率，降低能耗，使企业更加环保和可持续发展。
这项研究旨在深化对连铸坯夹杂物问题的理解，为相关领域的研究提供新思路和方法，并对工业生产具有一定的推动作用。
连铸坯夹杂物产生原因分析及改进
连铸坯夹杂物产生原因分析及改进连铸坯夹杂物是指在连铸过程中，坯料中夹杂有杂质或者非金属夹杂物的现象。
这会影响到连铸坯料的质量，增加生产的成本，降低产品的市场竞争力。
分析连铸坯夹杂物的产生原因，并提出相应的改进措施，对于提高连铸生产线的效率和产品质量具有重要的意义。
连铸坯夹杂物的产生原因主要有以下几个方面：1. 原料质量不合格：原料的质量直接影响着连铸坯料的质量。
如果原料中含有过多的杂质或者非金属夹杂物，这些杂质在连铸过程中容易进入到坯料中，从而导致夹杂物的产生。
2. 连铸设备失效：如果连铸设备的密封性能不好，就会导致外界的气体和杂质进入到连铸坯料中，增加夹杂物的产生。
如果连铸设备的冷却系统不够完善，温度控制不准确，也会导致坯料中夹杂物的产生。
3. 连铸操作不当：如果操作人员在连铸过程中不按照标准操作流程进行操作，比如倾注速度过快，结晶器结晶不良，就容易产生夹杂物。
4. 连铸模具磨损严重：连铸模具是连铸过程中最重要的部件之一，如果连铸模具使用时间过长，容易出现磨损现象。
磨损的模具表面容易产生凹坑和疲劳裂纹，从而引起连铸坯中的夹杂物。
为了降低连铸坯夹杂物的产生，可以采取以下改进措施：1. 优化原料选择：选择质量好、含杂质少的原料，避免原料本身的质量问题对连铸过程造成影响。
2. 加强连铸设备维护：定期对连铸设备进行检查和维护，确保设备的密封性能和冷却系统的正常工作。
及时更换磨损严重的连铸模具，保证模具表面的光滑度。
3. 加强连铸操作培训：加强对操作人员的培训，提高他们的操作技能和操作规范意识，确保按照标准操作流程进行连铸操作。
4. 引入先进的连铸技术：引入先进的连铸技术，如真空连铸技术、气体抽吸技术等，可以有效减少坯料中的夹杂物。
连铸坯夹杂物产生原因分析及改进
连铸坯夹杂物产生原因分析及改进连铸是铸造工艺中的一种重要方法，通过连铸可以制造出高质量、高效率的坯料。
在实际生产中，经常会出现坯料内夹杂物的情况，这不仅会降低坯料的质量，还会增加后续工艺的难度和成本。
对于连铸坯夹杂物的产生原因进行分析，并提出相应的改进措施，对于提高坯料质量具有重要意义。
连铸过程中液态金属流动的不稳定性是产生坯夹杂物的重要原因之一。
液态金属在连铸过程中会因为其流动性和微观演变而产生不稳定现象，进而产生气孔、尘埃等夹杂物。
这对于连铸来说是难以完全避免的，但通过优化连铸工艺和控制浇注速度等参数，可以减少夹杂物的产生。
浇注温度不合适也是产生连铸坯夹杂物的原因之一。
如果浇注温度过高，容易产生气孔、夹渣等夹杂物；如果浇注温度过低，容易产生冷裂和内部缩孔等夹杂物。
在连铸过程中，需要严格控制浇注温度，确保其在适宜范围内。
连铸设备的质量和维护情况也会对夹杂物的产生产生影响。
如果连铸设备存在漏气、漏渣等问题，会导致气体和渣浆进入坯料中，形成气孔和夹渣等夹杂物。
需要定期对连铸设备进行检修和维护，确保其正常运行。
针对以上产生连铸坯夹杂物的原因，可以采取以下改进措施。
优化连铸工艺和控制参数。
通过调整浇注速度、铸型温度等参数，减少液态金属流动的不稳定性，从而减少夹杂物的产生。
严格控制浇注温度。
根据不同材料的熔点和凝固温度，确定合适的浇注温度范围，避免过高或过低的浇注温度对坯料质量产生不良影响。
加强人员培训和管理。
通过加强对连铸工艺和操作规程的培训，提高工作人员的技能水平和操作规范性，减少人为因素对坯料质量的影响。
连铸坯夹杂物的产生原因分析及改进措施涉及多个方面，包括连铸过程中液态金属流动的不稳定性、浇注温度不合适和连铸设备的质量和维护情况等。
通过优化工艺和控制参数、严格控制浇注温度、加强设备维护和人员培训等措施，可以有效减少夹杂物的产生，提高连铸坯料的质量。
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Ｖ０ ． Ｎｏ３ １ ２５ ．
安 徽 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｈ ｉＵｎｖ ｒｉ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇ ． ｆＡｎ ｕ ｉｅｓｔ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｙ
第２ ５卷 第 ３ 期
２０ ０ ８年 ７月
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文 章编 号 ：６ １ ７ ７ （０ ８ ０ － ２ ０ ０ １７ — ８ ２ ２０ ）３ ０ ５ — ５
板坯连铸结 晶器夹杂物运动行为 的数值模拟和优化
苏瑞 先 ， 乐可襄 ， 文艳 方
（ 工业 大 学 冶金 与 资源学院 ， 安徽 安徽 马鞍 山 ２３０） ４０２
摘要： 采用数值模拟 的方法 ， 基于速度边界层理论和力的平衡原理 ， 建立描述夹杂物在结 晶器内运动的数学模型。 以梅钢板坯连 铸结晶器断面 ２ ０ｍ ｘ ０ 拉速 １ ～ ． ｍ ｍ ｎ ２ ｍ ９ ０ｍｍ、 ． １ ／ ｉ 等条件为研究对象。研究水 口倾角 、 口插入深度、 ２ ８ 水 拉坯 速度对结 晶器 内钢 液夹杂物行为的影响 。得出有利于生产的设计数据。 关键词 ： 板坯连铸 ； 结晶器 ； 夹杂物 ； 数值模拟
Ｓ Ｒｕ － ｉ ｎ， － ｉ ｎ ， Ｕ ｉ ｘ ａ ＬＥ Ｋｅ ｘ ａ ｇ ＦＡＮＧ ｅ － ａ Ｗ ｎ ｙｎ
（ｃ ｏｌ ｆ ｔｌ ｒ ｎ ｅｏ ｒｅ， ｎ ｕ Ｓ ｈ ｏ ｏ ａ ｕｇ ａ ｄＲ ｓｕｃｓ Ａ ｈ ｉ ｉ ｓ ｙ ｆ ｃ ｎ ｌ Ｍａ ｓａ ４ ０ ２ Ｃ ｉａ Ｍｅ ｌ ｙ Ｕ ｅ ｉ Ｔ ｙ ｇ ａ
中 图分 类 号 ： Ｆ ７ ． Ｔ ７７１ 文献 标 识 码 ： Ａ
Ｎｕ ｒｃ ｌＳ ｍｕ ａｉｎ ｏ ｎ ｌ ｓｏ ｓｉ ｕ ｄ ｆｒＳ ａ ｎ ｉｕ ｕ ｍｅ ｉａ ｉ ｌｔｏ ｆＩ ｃｕ ｉｎ ｎ Ｍｏ ｌ ｏ １ｂ Ｃｏ ｔｎ ｏ ｓ
Ｃａ ｔｎ ｎ ｔｍａ ｅ ａ ｉ ｎ ｓｉ ｇ ａ ｄ Ｏｐ ｉ ｌＯｐ ｒ ｔｏ
结 晶器 内钢渣 卷 混 和铸 坯 中夹 杂 物 引起 的铸 坯缺 陷 已成 为 制约 我 国连 铸 技术 水 平提 高 的重要 因素 之
一
。
已进行 的实验 和理论 研究 工作 还存在 不少理 论 和技 术上 的问题 ， 这直 接影 响铸坯 质量 和连铸生产 的经 济
效益。随着连铸水平的提高， 卷渣现象逐渐得到控制。研究钢中夹杂物的行为及其去除尤为重要 。
夹杂物易滞 留于铸 坯 中 ， 不易 排除 。夹杂 物颗粒 在钢液 中受 到的重力 和 浮力 的合 力 可用下式 表示【 ｌ 】 ：
１ ３
Ｋ＝．ｇ ｆ ｐｒｐ ｇ （－ ） ｄ Ｉ ｐｐ＇ ｔ ｔ
Ｕ
（ １ ）
式 中： —夹杂物受到的重力和浮力的合力 ，ｇｇ＿ ｋ ；＿重力加速度 ，／ ； ｍ ｓｐ 广钢 液的密度 ， ／ 厂峡 杂物的密 ｋ ｍ； ｇ ｐ
１模 型 的 建 立
文 中依 据 固液 两相 流的基 本原理 ， 以及夹杂 物进入水 口后 的运动 特征 ， 利用 数值模 拟方法研 究连铸结 晶
器内夹杂物 的运动行为 ， 得到结晶器各工艺参数对夹杂物去除率的影响。 夹杂物 颗粒在 结 晶器钢 液凝 固过程 中的运 动轨迹 与夹杂物 在水 口处 的初始 位置 、 夹杂 物直 径 和结 晶器 内的流场特 性有关 。流 场是 影响夹 杂物 运动轨 迹 的主要 因素 。直径 较大 的颗粒 夹杂 物易 于上浮排 除 ， 观 微
Ｉ ｎ＆Ｓｅｌ ｏ ｅｏｊｃ ｏ ｕ ｙ Ｓｕ ｙｔｅｎｚｌ ａ ｇ ， ｏｚ ｎｅ ｉ ｅ ｔ， ｅｃｓ ｎ ｐ ｅ ｆｈ ｑ ｉ ｒ ｏ ｔｅ ｆ ｔ ｂｅｔ ｆ ｔｄ ． ｔｄ ｏ ｅ ｎｌ ｎ ｚ ｅｉｓｒｏ ｄ ｐ ｔ ａｔ ｇｓｅｄｏ ｅｌ ｕｄ ｒｈ ｓ ｈ ｚ ｅ ｌ ｔｎ ｈ ｈ ｉ ｔ ｉ
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