铝合金板坯连铸过程流动现象的DPIV物理模拟

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随着连续铸造技术的日益发展,高效连铸是主要的发展方向。在拉速提高的条件下,必须优化结晶器内流场以适应稳定生产的需要,防止气孔、拉漏等铸坯缺陷的产生。铝合金连续铸造过程中,浮漂漏斗结构和浇注工艺参数直接影响结晶器内的流场,进而决定了铸坯的表面质量和内部组织结构。因而优化浮漂漏斗的结构和工艺参数意义重大。 本文将DPIV(Digital Particle Image Velocimetry)粒子图像测速技术应用于铝合金板坯连铸结晶器内流场研究,介绍了DPIV测试流场的基本原理以及相应的硬件系统(激光器、CCD相机等)和软件系统(图像采集系统、图像处理系统),并总结出DPIV系统用于大板坯连铸模拟的软件设置参数。将激光器片光源安置在模型的上方,减小了能量的损耗,保证了视场足够的亮度和均匀性,实现结晶器内流场可视化。 针对1650×220mm~2铝合金大板坯连铸和1000×300mm~2铝合金中板坯连铸,建立全比例模型。实验中考虑到液固界面的影响并采用与枝晶生长结构相似的天然海藻模拟液固界面,效果较好。基于实际生产使用的浮漂漏斗结构,设计并制作了9种不同结构的浮漂漏斗。对不同浮漂漏斗及不同的拉坯速度下进行了DPIV物理模拟。分析了浮漂漏结构和拉坯速度对流场和铸坯质量的影响。 实验结果表明,随着拉坯速度的增大,表面越不稳定:可适当增加浮漂漏斗出水口的向下出倾角来提高拉速;同等条件下浮漂漏斗采用跑道形出水口的要优于矩形出水口。本实验条件下出水口面积70×22mm~2比较适宜。出水口的角度直接影响流动模式,随着出水口向下倾角增加,上回流增大,下回流减小,液面流速降低,但冲击深度变大,不利于夹杂物和气泡的上浮,本实验条件下,出水口角度为20°比较适宜。
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