冶金反应器模拟技术

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1、连铸结晶器流场模拟XXX辽宁xx大学，：台金工程，E-mail:xxxxxxxxx@qq.com摘要：本文采用物理模拟和数值模拟的方法，研究了不同侵入式水口及连铸参数对结晶器内钢液流场流动行为的影响。关键词：板坯连铸；结晶器；侵入式水口；数值模拟；物理模拟Abstract:Thispaperusesthemethodofphysicalandnumericalsimulation，studythedifferentinvasivenozzleandcontinuouscastingparametersontheflowfieldofmolt

2、ensteelinmoldflowbehavior.Keywords:slabcontinuouscasting;mold;immersionnozzle;numericalsimulation;physicalsimulation中图分类号：TF777.1随着冶金技术的发展，连铸已成为钢铁生产中一个不可或缺的环节。结晶器是连铸过程中的核心部位，结晶器内钢水的流动状况包括液面的波动、注流对窄面的冲击、涡心深度等极大地影响着铸坯质量和浇铸过程安全的进行。当对钢的质量和产量提出更高的要求时，人们开始关注结晶器内流场的状况，以寻求更好的工艺条件来

3、提高钢的质量和产量。对于结晶器内流场行为的研宄，目前有示踪法、物理模拟和数值模拟三种方法。结晶器内钢液的流动特性不仅关系到结晶器的传热和夹杂物的上浮，而且还与铸坯裂纹、皱皮、偏析等表面及内部质量有着非常密切的关系。因此，开展连铸机结晶器内钢水流场和温度场以及凝固过程的研究就显得尤为重要。随着连铸技术的发展，对结晶器内的流动过程和优化设计研究受到重视目前研宄方法主要是通过水模实验和数值模拟。本文针对某厂连铸机的生产现状，利用数值模拟的方法，采用Huent软件模拟此连铸机结晶器内钢液的三维流场、温度场与凝固现象，重点分析不同形状水口对结晶器内流

4、场、温度场以及凝固厚度的影响，揭示物理现象，为优化浸入式水口结构参数提供理论依据。1示踪法示踪法是研究实际流场的一种方法，放射性同位素与钢水一起流入结晶器内，同位素巾强制对流进入液相区，取铸坯片作自由射线照射，可区别强制对流区、自然对流区和停滞区，但该方法试验费用昂贵，应用较少。2数值模拟2.1基本假设钢液A水口流入结晶器，结晶器内通冷却水进行冷却，钢液经强烈对流冷却和辐射换热逐步形成凝固坯壳，最终凝固的锭坯在出口以恒定拉速拉出。整个计算过程基于以下假设:a.结晶器内的流动为稳态；b.结晶器A钢液为不可压缩牛顿流体，物性参数为常数；c.忽略

5、结品器增:振动对流动的影响；d.5-y相变潜热远小于凝固潜热，忽略金属固态相变的影响。2.2基本方程式子中Ot结品器内连铸坯弹塑性变形伴随有较大的温度变化在建立其本构A程时应考虑温度的影响因此总应变增量可表示为{d4=力程右边分别为弹性应变量材料性能随温度变化引起的应变增量塑性应变量及热应变量将各应变量朴I应关系式代入可得坯壳应力应变的本构方程。2.3参数确定及边界条件2.3.1参数的确定钢液热焓久与温度的关系如下H,='0.2017+1.000.1757-18.600.1519T-9.040.20397-42.807>1392°C911°

6、CO.qk=q^q2=q2F=pSh式中，~由宽边热流密度

7、函数与宽边热收缩量共同确定，t由窄边热流密度函数与窄边热收缩量共同确定，A为施加于凝同前沿的钢水静压力，P,为钢液密度，//=rZ为距离液而高度，由拉速「及时间Z确定，由结晶器铜板温度测量结果，根裾数学模型可以计算出结晶器壁的热流量沿拉坯方向的分布。3物理模拟物理模拟是通过物理模型并实施必要的测试手段，对所研究体系进行实时观察和测量。物理模型是建立在相似原理基础之上，利用物理模型与原型之间儿何、运动、动力等方面的相似性，研宂流场的实际特征。研宂人员不仅可以克服流场实时测量的凼难，还可以了解结晶器内流场的特征，为数学模型的验证及边界条件的简化

8、提供必要的支持。在结晶器内流场的物理模拟中，由于水和钢液的运动粘度相近，所以以水为介质的模拟研究应用最广，但也有研究人员采用低熔点合金来模拟钢液。3.2基本理论水模拟中物理模型与