板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器內(nèi)三維流場和溫度場的有限元分析.pdf

1、作為板坯連鑄機(jī)的心臟，結(jié)晶器將完成液態(tài)鋼向固相轉(zhuǎn)變的第一步，由于分別存在鋼液進(jìn)入時(shí)引發(fā)的湍流流動(dòng)，鋼液遇冷時(shí)的凝固和傳熱以及熔池液面波動(dòng)起伏等冶金現(xiàn)象。連鑄過程是一個(gè)包含流動(dòng)、傳質(zhì)、傳熱等復(fù)雜現(xiàn)象的液態(tài)金屬凝固成形的過程，其中包括流動(dòng)、傳質(zhì)、傳熱等過程。連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)和傳熱是一個(gè)在高溫下極其復(fù)雜的物理過程，直接測量結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)和溫度分布非常困難。利用數(shù)值模擬，尤其是利用有限元法對結(jié)晶器內(nèi)的流場和溫度場分布進(jìn)行研究，定量地了解結(jié)

2、晶器內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和傳熱特征是一種行之有效的研究方法。 由于結(jié)晶器內(nèi)流體的流動(dòng)特性不僅關(guān)系到結(jié)晶器的傳熱、氣泡和夾雜物的上浮，而且還與鑄坯的表面及內(nèi)部質(zhì)量有著非常密切的關(guān)系。合理的流場和溫度場分布能有利于保護(hù)渣的上浮、減少夾雜物的夾雜，避免裸鋼，確保初生凝固坯殼穩(wěn)定地生長以防止拉漏鋼等危險(xiǎn)情況發(fā)生，有效地保護(hù)生產(chǎn)安全。因此，開展板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場和溫度場的分析研究就顯得尤為重要。 本文采用有限元軟件ANSYS中的F

3、LOTRAN模塊，對結(jié)晶器進(jìn)行流場和溫度場的耦合分析。流場的計(jì)算采用的三維模型，考慮X，Y，Z三個(gè)方向的流動(dòng)，溫度場則忽略了拉坯方向的傳熱，考慮的是二維的傳熱模型。本文液相穴內(nèi)的湍流流動(dòng)采用高雷諾數(shù)k-e方程模型模擬，溫度場模擬核心內(nèi)容之一--結(jié)晶潛熱的處理，本文采用有效熱容法來處理相變潛熱源項(xiàng)。 本文以國內(nèi)某鋼鐵公司的板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器為研究對象，重點(diǎn)分析了拉坯速度、水口傾角和水口浸入深度對流場和溫度場的影響，以及過熱度對溫度場