寬厚板連鑄結晶器內(nèi)流動-傳熱-凝固耦合模擬.pdf

1、寬厚板廣泛用于海洋平臺、橋梁工程、重型機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，過高的通鋼量導致結晶器熱負荷顯著增加，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，因寬厚板坯的斷面和尺寸均較

2、大，特別是過大的寬度，保護渣流入均勻性惡化，初生坯殼收縮的不均性愈發(fā)明顯，易誘發(fā)黏結、縱裂等表面缺陷。此外，寬厚板連鑄的拉速較低，結晶器下口鑄坯表面溫度明顯下降，保護渣沿澆鑄方向的服役溫度區(qū)間顯著拉長，對保護渣熔化、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渣流入、夾雜物上浮、熔渣卷入、液面波動以及初生坯殼的均勻性，尤其足對于斷面寬大的寬厚板坯，合理的水口設計與結晶

3、器流場對于提高和穩(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的設備參數(shù)和工藝條件，依據(jù)N-S動量方程和湍流低雷諾數(shù)k-ε方程，建立了描述結晶器內(nèi)鋼液流動過程的三維數(shù)學模型，計算了三種不同結構和尺寸水口設計方案下的結晶器流場，考察了水口形狀、尺寸對流場形態(tài)、湍動能、表面流速和液面形狀等因素的影響，同時對拉速、浸入深度、斷面尺寸等工藝參數(shù)對流場的影響進行了探討，為寬厚板結晶器流場和水口的優(yōu)化設計提供參考。此外

4、，基于N-S動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)對流動過程的影響，本文建立了描述結晶器內(nèi)鋼液流動、傳熱及凝固過程的三維耦合數(shù)學模型，以實測溫度和結晶器反問題模型計算出的熱流為邊界條件，模擬計算結晶器內(nèi)鋼水的流動、傳熱和凝固行為。結果表明，鋼液流動決定結晶器內(nèi)的溫度和熱流分布，鑄坯凝固受鋼液流動和結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，可為進一步考察澆鑄過程中的縱裂和其他表面缺