南钢13t中间包流场模拟研究

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1、南钢13t中间包流场模拟研究金爱军，翟卫江（南京钢铁股份有限公司）摘要：利用模拟软件FLUENT对南钢集团13（中间包流场行为，进行三维模拟研究。模拟结果表明，在拉速分别为2、1.8>1.6m/s时，中包内熔池平沟流速分别为0.053、0.048、0.043m/s,夹杂物去除率为51.3%、55.0%、55.4%。关键词：数值模拟；流场；中间包0前言中间包是炼钢生产流程的屮I'可环节，而口是炼钢一连铸过程屮连续操作的衔接点。连铸屮间包是接受和钢水再分配的冶金反应容器，具有改善钢液流动条件、均匀钢液温度、促进夹杂物上浮等功能。随着对特钢质暈与性能要求的不断

2、提高，屮间包的冶金效果越来越受到重视。木文通过数值模拟研究，对南钢13（屮间包进行模拟研究。分析不同拉速下中包内的流场流动状态及去夹杂能力。1数值模拟1.1模拟方案针对南钢13t四流屮间包进行模拟，考虑到屮I'可包的儿何尺寸的对称性，采用而对称模拟方式，且不考虑渣层的彩响。方案如下：方案一：拉速2m/s加入夹杂物颗粒粒径分别为10、20、70pm；方案二：拉速1.8m/s加入夹杂物颗粒粒径分别为10、20、70屮m方案三：拉速1.6m/s加入夹杂物颗粒粒径分别为10、20、70pmo1.2模型建立为验证中间包是否能够达到设计标准，研究利用Fluent模拟

3、软件对不同拉速情况的屮包流场的影响进行模拟，采用标准k—w湍流模型、无滑移壁而和标准壁而函数。计算过程屮，压力和速度采用PISO算法耦合，进行稳态计算。压力釆用Bodyforceweighted方法进行差分，体积分数采用Ger-Reconstruct进行差分，其余变暈采用一阶迎风格式差分。采川三维儿何模型。使用Gambit2.2.30软件建立儿何模型并划分网格，采川六面体网格形式，最小网格尺寸位于气体入口处，计算域屮最人网格尺寸为18mm,网格数约为22万，网格质量0.4以上，中包网格形式见图1。图1中间包模型网格根据试验情况给定边界条件，入I」边界为钢

4、液质量入口，出口边界为压力出口，其他壁面为绝热面。1.3计算结果分析不同拉速下的速度云图，如图2所示。屮包内的平均速度在1・6、1・8、2.Om/s时,分别为0.043、0.048、0.053m/So由此可见，熔池平均速度随拉速的增人而增人。图2不同拉速下中间包内熔池速度云如图3所示，钢水通过长水口不断进入屮包，I刑墙内形成明显的循环流动，在流动过程中夹杂物部分上浮到渣层，部分市炉衬捕捉。通过I韦I墙的夹朵物随包内不规则旋流移动，并持续被渣层及炉衬捕捉，此过程中少部分夹杂物被钢流经市水口被带出中包。不同拉速下,不同粒径夹杂物去除率如表1所示。*1不同拉速

5、下不同粒径央杂物去除率拉it/(m•L)交杂物ti径为10jim央杂物社径为m央杂物粒径为7()pim1.652.3%55.9%58.0%1.852.1%55.5%57.4%2.05().4%53.2%55.8%

6、+1表1对知，夹杂物粒径为10、20、70屮“时，平均去除率为51.6%、54.9%、57.1%；拉速分别为2.0、1.8、1.6m/s时，夹杂物平均去除率为51.3%、55.0%、55.4%,且夹杂物去除率随拉速增大而降低。2结论以炼钢厂13t卩L

7、流屮间包为研究对象，通过数值模拟研究小间包内流场流动规律及对夹杂物去除能力的影响，得出如下结论

8、：1)当拉速为2.Om/s吋，熔池内平均速度为0.053m/s,粒径分别为10、20、70pm的夹杂物去除率为50.4%、53.2%、55.8%；2)当拉速为1.8m/slit,熔池内平均速度为0.048m/s,粒径分别为10、20、70pm的夹杂物去除率为52.1%、55.5%、57.4%；3)当拉速为1.6m/s时，熔池内平均速度为0.043m/s,粒径分别为10、20、70

9、im的夹杂物去除率为52.3%、55.9%、58.0%；4)'

10、«

11、iiJ包内拉速对夹朵物的排除率有影响。降低中间包拉速高度，能够增加夹杂物的排除率。