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H型坯和大方坯兼用四流T型中间包结构优化研究

作　者: 彭政
导　师: 温良英
学　校: 重庆大学
专　业: 冶金工程
关键词: H型坯大方坯控流装置数值模拟物理模拟
分类号: TF341.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

中间包是连铸过程的重要冶金容器，是钢水进入结晶器前冶炼的最后一环，其内的钢液流动状况直接影响着夹杂物的上浮去除、钢液温度和成分均匀等。而中间包控流装置的应用是现代“中间包冶金”技术的一个重要手段，它对改善钢液的流动状况，提高铸坯质量具有重要的作用。本文针对某厂H型坯和大方坯兼用的四流T型中间包内腔结构，通过数值模拟和物理模拟相结合的方法为其设计、优化合理的控流装置。论文对设计的多孔挡墙和湍流控制器在中间包内的应用情况进行了研究，分析中间包内钢液的平均停留时间、开始响应时间、各流水口钢液一致性、钢液对耐火材料的冲刷等方面的影响情况，结果表明：多孔挡墙在中间包内的应用能够有效地改善中间包内钢液流动状况，湍流控制器的应用虽能在一定程度上缓解长水口注流区对中间包底部的冲刷和均匀注流区的钢液，但无论是跑道型湍流控制器还是圆形湍流控制器在本课题H型坯和大方坯兼用四流T型中间包内的应用均存在一定的问题。跑道型湍流控制器在中间包内的应用会引起中间包内钢液偏流严重，容易在注流区内产生旋涡，造成卷渣而污染钢液；而圆形湍流控制器的底面积较小，钢液在湍流控制器内运动剧烈，湍流控制器本身的冲刷严重，导致其寿命较短且冲刷掉的耐火材料会污染钢液。本研究条件下，适合该四流T型中间包的最佳控流装置为仅采用多孔挡墙进行控流，最佳多孔挡墙参数为：导流孔的孔径为100mm，水平偏角为25°，上扬角度为15°和35°。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-22
  1.1 中国钢铁工业的发展概况  8-9
  1.2 连铸技术概述  9-11
    1.2.1 国外连铸技术的发展  9-10
    1.2.2 我国连铸技术的发展  10-11
  1.3 中间包冶金技术  11-14
    1.3.1 中间包冶金的发展  11
    1.3.2 中间包的作用及冶金功能  11-12
    1.3.3 中间包冶金技术的现状  12-14
    1.3.4 现代连铸对中间包冶金技术的要求  14
  1.4 中间包内钢液行为的研究方法  14-16
    1.4.1 中间包内钢液流动的物理模拟方法  14-15
    1.4.2 中间包内钢液流动的数值模拟方法  15-16
  1.5 中间包控流装置  16-19
    1.5.1 中间包内控流装置的作用  16-17
    1.5.2 中间包控流装置的研究现状  17-19
  1.6 中间包目前存在的问题和可能的发展方向  19
  1.7 本课题的研究内容、目的和意义  19-22
2 中间包结构优化研究的理论和方法  22-32
  2.1 中间包物理模拟研究理论和方法  22-30
    2.1.1 物理实验设计的相似性问题  22-23
    2.1.2 刺激响应实验原理  23-24
    2.1.3 夹杂物模拟的实验原理  24-25
    2.1.4 物理模拟实验  25-29
    2.1.5 中间包结构的优化准则  29-30
  2.2 中间包数值模拟研究  30-31
    2.2.1 基本假设  30
    2.2.2 控制方程  30-31
    2.2.3 边界条件  31
    2.2.4 模拟计算方法  31
  2.3 本章小结  31-32
3 中间包结构优化实验方案设计  32-46
  3.1 中间包模拟参数的确定  32-38
    3.1.1 中间包物理模拟参数  33-34
    3.1.2 中间包数值模拟参数  34
    3.1.3 中间包浇注水口设计  34-36
    3.1.4 实验研究中铸坯断面的选择  36-38
  3.2 中间包内多孔挡墙方案实验设计  38-41
  3.3 中间包内湍流控制器实验设计  41-44
    3.3.1 跑道型湍流控制器  42-43
    3.3.2 圆型湍流控制器  43-44
  3.4 本章小结  44-46
4 中间包多孔挡墙的优化研究  46-72
  4.1 浇注 BB2 断面时中间包多孔挡墙的优化研究  46-55
    4.1.1 无控流装置下中间包内钢液的流动状况  46-48
    4.1.2 多孔挡墙应用下中间包内钢液流动的基本特征  48-50
    4.1.3 多孔挡墙应用的优化研究  50-55
  4.2 浇注 B1 断面时中间包多孔挡墙的优化研究  55-63
    4.2.1 无控流装置下中间包内钢液流动状况  55-56
    4.2.2 多孔挡墙应用下中间包内钢液的基本流动特征  56-58
    4.2.3 多孔挡墙应用的优化研究  58-63
  4.3 中间包多孔挡墙的兼用性分析  63-64
  4.4 最优多孔挡墙的应用效果验证  64-70
    4.4.1 浇注 BB2 断面时最优多孔挡墙的应用效果分析  64-67
    4.4.2 浇注 B1 断面时最优多孔挡墙的应用效果分析  67-70
  4.5 本章小结  70-72
5 中间包湍流控制器的优化研究  72-100
  5.1 跑道型湍流控制器的优化研究  72-89
    5.1.1 跑道型湍流控制器数值模拟研究  72-85
    5.1.2 跑道型湍流控制器物理模拟实验研究  85-89
    5.1.3 跑道型湍流控制器应用的综合分析  89
  5.2 圆形湍流控制器的优化研究  89-99
    5.2.1 圆形湍流控制器数值模拟研究  89-94
    5.2.2 圆型湍流控制器物理模拟实验研究  94-98
    5.2.3 圆形湍流控制器应用的综合分析  98-99
  5.3 本章小结  99-100
6 结论  100-102
致谢  102-104
参考文献  104-112
附录  112
  A. 作者攻读硕士学位期间发表的论文目录  112
  B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目  112
  C. 作者在攻读硕士学位期间参加的学术会议  112

H型坯和大方坯兼用四流T型中间包结构优化研究

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