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CSP结晶器流动及铜板传热行为的研究

作　者: 袁林涛
导　师: 施哲
学　校: 昆明理工大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: CSP结晶器流场液面波动热流密度热面温度
分类号: TF341.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

薄板坯连铸结晶器是整个连铸过程的核心设备,结晶器内流动行为和传热行为对铸坯质量和铜板寿命等方面具有重要的影响,因此对结晶器内流动与铜板传热特性的研究具有重要的意义。本文以国内某钢厂CSP(Compact Strip Production)漏斗型结晶器为原型(长1580mm×宽70mm×高1100mm,最大开口度50mm,漏斗区高850mm),采用水力学模拟的方法,建立1：1物理模型,使用PIV(Particle Image Velocity)测速仪和DJ800水工测量系统研究了水口结构、拉速、浸入深度和铸坯宽度等因素下结晶器内流场与液面波动情况。并根据导热与换热方程,利用现场实际工艺数据建立结晶器宽面铜板传热模型,对宽面铜板热流密度和热面温度进行了分析,研究了铸坯宽度与拉速对热流密度及热面温度的影响。水力学模拟研究发现：拉速越大,从水口出口处流速越大,结晶器内流动增强,主流股冲击深度增加,涡心位置下移,上回流区到达液面时速度越大,液面波动越剧烈。浸入深度越深,主流股距离液面越远,上回流区到达液面流速越小,液面越稳定。320水口比230水口出口面积大,出口处流速小,主流股较宽,冲击深度浅,上回流区发展完全,流股对液面影响大,液面波动更剧烈。结晶器随宽度变大,水口出口处流速增大,冲击深度变深,上回流区流动增强,涡心范围变小,液面平均波高增大,1300mm宽度的液面波动相对稳定。使用320水口,铸坯宽度为1020mm、1100mm和1300mm,拉速为5.0m/min,浸入深度为90mm、铸坯宽度为1200mm和1250mm,拉速为5.0m/min,浸入深度为130mm、铸坯宽度为1550mm,拉速为4.0m/min,浸入深度为130mm时结晶器内流场和液面波动最理想。铜板传热模型研究发现：弯月面附近属于凝固初期,结晶器铜板与初生坯壳紧密接触导致此处热流密度和温度最高,在距结晶器上沿500mm范围内,热流密度和温度随着距离的增加迅速降低,剩余部位基本保持稳定。热流密度和热面温度因水口附近钢水流动弱传热差而较横向上其余部位低,在中部因漏斗缩小并受钢水静压力作用,坯壳与铜板间隙变小,传热良好使其在横向上更均匀,在下部中心位置坯壳较厚收缩量大造成其在中心部位较低。拉速越高,整个铜板上热流密度和温度有升高趋势,同时弯月面处热流密度和温度分布不均匀性增加。

CSP结晶器流动及铜板传热行为的研究

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