板坯结晶器内偏流及夹杂物去除的数值模拟

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随着高效连铸技术发展,板坯连铸结晶器内钢液流动行为变得更加复杂。拉速增大时,由于注入结晶器内的钢液流量增加,浸入式水口钢液的出流流速显著提高,导致其冲击深度增加,夹杂物颗粒很难上浮至钢渣界面,若控制不当会造成卷渣,其中被钢液卷到结晶器深处的小粒径夹杂物易被初始凝固坯壳所捕获,形成皮下夹杂等铸造缺陷。如何优化和控制结晶器内钢水的流动,保证连铸坯质量,成为实现高速连铸的核心问题。本文从控制连铸坯质量出发,对“水口滑板对板坯连铸结晶器内流场及夹杂物去除行为的影响”、“板坯连铸结晶器偏流下磁场对流场影响的模拟分析”两个相互关联的工程问题进行数值仿真,以期为优化结晶器内流场和连铸工艺,以及提高铸坯质量提供参考。   板坯连铸中,在水口滑板控流条件下,结晶器内夹杂物去除及钢液流动是非常复杂的问题,目前关于滑板控流试验研究较少,电磁制动下滑板控流的研究更是少之又少。本文通过数值仿真模拟研究在一定拉速下,板坯连铸结晶器内滑板控流,以及与之相耦合的电磁制动作用下的钢液流动及夹杂物去除行为。文中采用GAMBIT进行前处理,用FLUENT进行数值模拟,然后采用FLUENT及TECPLOT进行后处理。通过UDF加入磁场,用随机游走模型跟踪夹杂物粒子的运动轨迹,并最后统计夹杂物的去向(被捕捉或逃逸、去除)。计算结果表明,在一定拉速条件下,未施加磁场且滑板不全开启时,水口内钢液呈明显偏流,在滑板下方区域中有回流区,水口的出流呈旋转状流态。随钢液进入结晶器的夹杂物颗粒的去除率(上浮率)随其粒径增大而升高。本文模拟显示,在滑板开启率80%时,非金属夹杂物颗粒的去除率最高。同时,施加电磁制动静磁场(≤0.3T)后,结晶器内钢液流态发生明显改变,液流的流态改善,对结晶器窄面的冲击强度降低,浸入上升回流的流量增加。
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