两流T型连铸中间包结构优化研究

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本文通过物理模拟和数学模拟对两流T型中间包流体流动控制进行了研究,提出了最佳的中间包结构。根据原型中间包的几何形状和尺寸,在实验室中以1:2.5相似比建立了中间包的模型,保持弗鲁德准数相等进行物理模拟实验。根据连续性方程、动量方程、湍动能方程、湍动能耗散率方程以及能量方程建立描述中间包内流体流动和传热的数学模型,利用大型商业模拟软件FLUENT分别对实验方案1(原方案)、实验方案10和14这三种方案下的中间包流场、温度场进行数值模拟计算。通过物理模拟实验结果可知,实验方案1中间包结构表现为最小停留时间、峰值时间和平均停留时间小,而死区体积分率大。最小停留时间为35s,峰值时间为103s左右,平均停留时间约为273s,活塞流体积分率约为17.8%,死区体积分率为29.5%。同实验方案1相比,采用实验方案10,中间包流体流动特性最小停留时间增加251%,峰值时间增加92%,平均停留时间增加26%,活塞流体积分率扩大133%,死区体积分率减小61%。表明采用湍控器、堰和坝的组合作为该中间包的控流装置,可以大幅度改善中间包的流体流动特性。通过对不同中间包结构对称面、自由液面、水口纵截面以及水口内侧100mm处纵截面的流场的分析,可以看到在原方案中间包结构中,钢液从导流隔墙流出后,在中间包浇注区的液面形成流速较大的流动,在近液面处存在一个较大的回流区;实验方案10的控流装置对连铸中间包内钢液的流动有较大的改善,钢液液面更加平稳,钢液流动轨迹较长,保证钢液在中间包内有足够的停留时间,更利于夹杂物的去除。通过对中间包包体、自由液面、水口截面进行温度场分析,可以看到原方案的中间包的冲击区和浇注区的温度差别大,在浇注区内有一个范围较大的低温区;优化方案中间包内钢液温度沿钢液流动方向逐渐下降,中间包的温度分布更合理。
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