寬厚板連鑄結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)-傳熱-凝固耦合模擬.pdf

1、寬厚板廣泛用于海洋平臺(tái)、橋梁工程、重型機(jī)械以及艦船制造等軍事工業(yè)，隨著市場需求的日益旺盛，高附加值的寬厚板產(chǎn)品受到了更多關(guān)注。與常規(guī)板坯相比，寬厚板的澆鑄工藝存在一定的差異，這是由于鋼種和斷面的特殊性造成的。一方面，目前國內(nèi)寬厚板連鑄機(jī)生產(chǎn)的主要鋼種包括中碳鋼、包晶鋼以及合金鋼等，澆注難度大，裂紋敏感性強(qiáng)，過高的通鋼量導(dǎo)致結(jié)晶器熱負(fù)荷顯著增加，漏鋼、縱裂、表面裂紋及各類缺陷是制約寬厚板高效生產(chǎn)的主要問題。同時(shí)，因?qū)捄癜迮鞯臄嗝婧统叽缇^

2、大，特別是過大的寬度，保護(hù)渣流入均勻性惡化，初生坯殼收縮的不均性愈發(fā)明顯，易誘發(fā)黏結(jié)、縱裂等表面缺陷。此外，寬厚板連鑄的拉速較低，結(jié)晶器下口鑄坯表面溫度明顯下降，保護(hù)渣沿澆鑄方向的服役溫度區(qū)間顯著拉長，對(duì)保護(hù)渣熔化、流入的均勻性及消耗的穩(wěn)定性提出了更高要求。澆鑄過程中，結(jié)晶器控制著鋼液的初始凝固行為，其內(nèi)部鋼液流場顯著影響著保護(hù)渣流入、夾雜物上浮、熔渣卷入、液面波動(dòng)以及初生坯殼的均勻性，尤其足對(duì)于斷面寬大的寬厚板坯，合理的水口設(shè)計(jì)與結(jié)晶

3、器流場對(duì)于提高和穩(wěn)定連鑄坯質(zhì)量具有重要意義。
　　本文基于國內(nèi)某鋼廠弧形寬厚板坯連鑄機(jī)的設(shè)備參數(shù)和工藝條件，依據(jù)N-S動(dòng)量方程和湍流低雷諾數(shù)k-ε方程，建立了描述結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)過程的三維數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了三種不同結(jié)構(gòu)和尺寸水口設(shè)計(jì)方案下的結(jié)晶器流場，考察了水口形狀、尺寸對(duì)流場形態(tài)、湍動(dòng)能、表面流速和液面形狀等因素的影響，同時(shí)對(duì)拉速、浸入深度、斷面尺寸等工藝參數(shù)對(duì)流場的影響進(jìn)行了探討，為寬厚板結(jié)晶器流場和水口的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。此外

4、，基于N-S動(dòng)量方程和湍流低雷諾數(shù)k-ε方程，綜合考慮能量守恒和鋼液凝固與糊狀區(qū)對(duì)流動(dòng)過程的影響，本文建立了描述結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)、傳熱及凝固過程的三維耦合數(shù)學(xué)模型，以實(shí)測溫度和結(jié)晶器反問題模型計(jì)算出的熱流為邊界條件，模擬計(jì)算結(jié)晶器內(nèi)鋼水的流動(dòng)、傳熱和凝固行為。結(jié)果表明，鋼液流動(dòng)決定結(jié)晶器內(nèi)的溫度和熱流分布，鑄坯凝固受鋼液流動(dòng)和結(jié)晶器熱流雙重因素的影響。建立的模型以及由此得到的鑄坯凝固非均勻特征，可為進(jìn)一步考察澆鑄過程中的縱裂和其他表面缺