0号中间包数值模拟研究2

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1、0#中间包数值模拟研究1・1•研究方案1.1.1.工程条件及物理模型石钢0号屮间包的吨位为25吨，内腔的具体尺寸如图1所示，冶炼液面高度约为800mm,出口内径为33mm。连铸坏的断而尺寸为150*150mm2o对应的拉速范围分别为：1.5〜2.0m/min。与0号中间包相匹配的大包长水口的内径为50mmo屮间包屮钢液的物理参数为：摩尔质量Mst为55」62g/mol,密度几为7000kg/m3,动力粘度血为0.00624kg/(m•s),温度tsl为1600°C。上部的气相为空气，物理参数为：密度为1.185kg/m3,摩尔质量M气为2&96g/mol

2、,动力粘度为1.831XIO5kg/(m•s)。1.1.2.基本假设及边界条件本研究在建立数学模型时，做出如下假设：(1)钢液和气体都为连续相。(2)在金属一渣界面，忽略渣层的影响，看作自由液面；(4)熔池内钢水流动为稳态；模型设置的边界条件如下：(1)湍流的壁面边界条件在屮间包各壁而为无滑移边界条件。(2)出口边界条件出口边界为速度出口，速度大小可由铸坏断面及拉速求出。%其中，S坯为铸坯的截面面积，n?；%为拉速，m/s；S如为岀水口的面积。本实验选取的出口速度为水力学模拟实验下小流量所对应的原型速度，为0.642m/so(3)入口的边界条件入口为速度

3、入口，速度大小有质量守恒原则进行求解得出。其中，V入为入口流速；S入为入口面积；5为0号中间包的流数。通过计算可得,入口速度为1.398m/so1.1.1.实验方案根拯水力学模拟实验的研究结果，对石钢0号中间包现行工况以及水模实验确定的最优方案进行数值模拟，数值模拟实验编号分别为Y和V,对应的水模型方案分别为。两方案的具体参数参见前面水模型对应的方案，几何尺寸为水模型的2.5倍。1.2.数值模拟实验根据研究工具ANSYSCFX软件使用方法，数值模拟实验包括三大步骤：HiJ处理、求解过程以及后处理。1.2.1.前处理ANSYSCFX软件前处理包括几何建模、

4、几何模型网格化、选择数学模型、设置流体的物理性质和边界条件。建立儿何模型过程屮，考虑到屮间包的对称性，并且为了缩短求解时间，取中间包的1/2区域作为研究对象。本文也曾经对整个中间包区域按此网格数进行过计算，两者计算的结果没有明显的差异。几何建模和几何模型网格化采用ANSYSICEMCFD软件完成，得到的几何YV图2・1方案Y和方案V下中间包几何模型网格化结构图模型的总网格数约为30万，各节点间的最大间距为50mm,对底吹气体入口处以及边界等流体速度梯度较大的区域进一步细化，最小的节点间距为4mm。1.2.1.数值求解计算求解过程采用CFX中SOLVER模

5、块在P43.0GHz微型计算机上进行，耗时约为16小时。数值模拟的中止条件为：计算残并vlO",计算步数＜2000步。1.2.2.后处理通过ANSYSCFX的后处理POST模快对实验结果进行后处理，可以得到包内任何一处的流动状况。对于钢包内流场的模拟，我们关心的是屮间包对称面、过导流孔的截面、包底等一些特殊截面的速度分布状况。通过POST模块对实验的结果进行可视化处理。13实验结果分析ft]ANSYSCFX的后处理POST模快对实验结果进行后处理，得到一•些特姝截而上的速度矢量图和速度云图。钢包炉单吹情况下，如图2.2所示，关注的特殊截面有如下五个：截面

6、I对称面；截面II——过导流孔且垂直包底的截面；截面III——过各出水空中心且垂直包底的截面;截面IV——过导流孔且平行包底的截而；截面V——包底。YV图2.2单吹情况下特殊截面在包内具体位置示意图本研究对上述几个特殊截而上流场进行分析，比较两方案下屮间包内钢液的流动状况。为描述方便，现将岀水口进行编号，如图2.2所示。下列图小给出了各截面上钢液流动的速度矢量图。图屮各点上箭头的颜色和长度代表了对应点上的速度大小（各颜色对应的大小可由标尺上得出），箭头的方向表示该点出的流动方向。zWSYS^SYSSteel.SupvrfiuJVdocitySteel.S

7、uperfidJVdodlyYV图2.3截面I速度矢量图图2.3为两方案下截而I上钢液流动的速度矢量图。从图屮可以看出，钢液从大包长水】I进入冲击区内，以较大的流速冲向包底，形成了对包底较大的冲击;到达包底后，纵向速度立即减小到零，并产生平行于包底的流动速度；当钢液与包壁和扌当墙相接触吋，钢液的流动方向又一次改变，钢液在包底边缘处形成了较大的循环区域。方案Y由于扌当墙向长水口靠近，钢水在长水口与扌肖墙之间的空间小，造成钢水对挡墙的冲击较大；方案V下挡墙与长水口Z间的空间较大，钢液对扌当墙的冲击较小。在扌当墙另一侧的浇铸区内，两方案下截面I上钢液的流动状况

8、比较相似。zWSYS^SYSI.OOOt0015OOOe0020000^0001