基于气幕挡墙技术的七流连铸中间包结构优化

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本文通过物理模拟和数学模拟采用气幕挡墙技术对七流连铸中间包流体流动控制进行了研究,提出了最佳的中间包结构,根据原型中间包的几何形状和尺寸,在实验室中以1:3的几何相似比建立了中间包的模型,保持弗鲁德准数相等进行物理模拟实验。根据连续性方程、动量方程、能量方程建立描述中间包内流体流动和传热的数学模型,利用商业模拟软件ANSYS分别对中间包原方案和最优方案的流场和温度场以及RTD曲线进行数值模拟计算。中间包原方案表现出响应时间和峰值浓度时间短,活塞流体积分率较小,停滞区体积分率过大,各流的流动特性差别大等缺点。同原方案相比,采用“2#导流隔墙与气幕挡墙”组合使各流的响应时间延长到41.5s、42.5s、39.0s、39.0s,最大只相差3.5s,峰值浓度时间分别增加272.7%、497.5%、993.2%、677.1%,平均停留时间分别延长32.2%、58.5%、109.5%、72.5%,活塞流体积分率分别增加132.4%、278%、626%、232.3%,停滞区体积分率分别降低53.4%、63.6%、69.7%、60.8%,中间包各流的流体流动特性表现得十分均衡。在数值模拟中,通过对中间包对称面、自由液面、水口截面以及整体流场和温度场分析,结果表明原方案四个水口的速度、温度梯度大,各流的流动差异性十分明显,进出口温度差达到17℃,各流出口的温差有4℃;最优方案钢液流动特性得到较大改善,钢液流动轨迹较长,速度更加均衡,进出口温度差为11℃,各流出口温度趋于一致,中间包温度分布更合理。研究结果表明:采用气幕挡墙技术可以很好的改善中间包流动特性,钢液在气幕两侧形成了两个大的循环流,增加了钢液的流动路径,延长了停留时间,使钢液的夹杂物获得了一个上浮的机会。气幕挡墙可以替代导流坝的作用,消除钢液产生短路流,使中间包下部的流体有向上流动的趋势。在气幕挡墙两侧分别形成的回旋区,可以使得中间包角部区域流体运动活跃,死区体积分率降低。
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