连铸的基本理论.ppt

冷却水流速与热流量间的关系 结晶器平均热流量计算方法 W － 冷却水流量，kg/s C － 冷却水比热容，J/kg/℃ ?t － 冷却水进出水温差，℃ F － 结晶器有效面积，m2 q － 结晶器平均热流量，J/m2/s 图1-2 结晶器壁的热流随距弯月面距离的变化 图1-3 J. K. Brimacomb等测量结晶器铜板弯液面附近温度结果 连铸结晶器总括换热系数的研究将下列物理量无量纲化 弯液面下方钢液的无量纲深度? 无量纲凝固壳厚度s* 无量纲凝固壳外表面温度T* 无量纲等效凝固潜热H* 无量纲结晶器长度X* 结晶器周边单位长度传热量Q* 连铸坯为元体示意图 不同H*下的Q*与X*的关系 不同H*下的s*与?的关系 H*＝0.28，Q*与X*的关系 宝钢现场连铸情况下的Q*与X* 关系 H*=0.28，s*与?的关系 两种方法计算换热系数的结果 拉坯速度与凝固壳厚度之间的关系 碳含量的影响 结晶器内钢水流场的数值计算 求解质量守恒、动量守恒方程，通常采用K-?双方程模型封闭方程，从而求解结晶器内钢水的速度分布。 1、质量守恒方程 2、动量守恒方程 结晶器内钢水流场的数值计算 K-?双方程模型 1、湍动能方程 2、湍动能耗散方程 边界条件 自由面（结晶器顶面） 对称面 结晶器底部出口横截面 固体壁面 求解方法 在计算流体力学中，通常采用帕坦卡提出的交错网格的方法，目的是消除流体锯齿形压力，见图1。流体力学计算中的微元体如图2所示 图1 交错网格 图2 微元体 流场计算框图 结晶器流场计算结果 板坯宽度等参数与冷轧板表面缺陷指数间关系 板坯宽度与冷轧板表面质量缺陷间关系 ? 一个水口完全堵塞和两水口流钢量不相同情况下，双坝、堰中间包内流体的流动 单出口中间包XOZ截面的流场 一水口流量为另一个水口的1/3中间包XOZ截面的流场 中间包内流场无对称性可言，对于y=0截面，钢水流量小的一侧各点的速度很小，而钢水流量大的一侧各点的速度很大。在中间包速度小的一侧，容易形成死区。 尽管中间包内流体的速度有所减小，其平均停留时间有所增加，这已从水模实验中得以验证。 ?中间包内钢水温度场计算结果 基本方程： 其中考虑到温度对流场的影响，在计算流场及温度场时，流体的密度：?n＝?[1－?(T－Tref)] 边界条件：中间包各个截面上的上热量如下表所示 ?国内某厂连铸目前双坝、堰中间包钢水温度分布 如果大包长水口处钢水的注入温度为1540℃，则中间包内钢水的最低温度约为1530℃，钢水最低温度的位置在中间包钢水顶面的上部（中间包钢水顶面的散热量最大，及速度相对也较小），中间包水口出口处钢水的温度约为1537℃，进出口温差仅为3℃。越偏离Y＝0截面，其钢水温度越低，最低处的钢水温度约低2℃左右，其中Y=-0.4 XOZ截面在这些截面中的温度最低。钢水温度最高的为Y=1.45 XOZ截面，这也是大包长水口入口纵截面，其次为Y＝1.6 XOZ截面钢水的温度。 ? 一个水口完全堵塞和两个出口的通钢量不相同情况下，中间包内钢水的温度分布 ?中间包内钢水夹杂物浓度计算结果 基本方程： 在上表面的自由液面上，把该边界处理为光滑壁面，因此，应满足如下条件： 其余各截面的边界条件： ?国内某厂连铸中间包100?m无量纲夹杂物浓度的分布特点 中间包内钢水高度1050mm，双坝、堰情况下，不同夹杂物当量直径情况下，夹杂物的排出率。可以看出，随夹杂物当量直径的增加，夹杂物的排除率也相应增加，且影响的较为显著。当夹杂物当量直径由20?m增加到50?m时，夹杂物的排除率仅增加2％，而当夹杂物当量增加增加到50?m以上时，夹杂物的排除率增加得更为显著，夹杂物当量直径为150?m时，夹杂物的排除率高达75％。 ? 不同夹杂物颗粒尺寸对排除率的影响 ?中间包不同钢液面高度对夹杂物排除率的影响 中间包内钢水液面高度的增加，夹杂物排除率相应有所增加。在夹杂物尺寸较小时，液面高度的增加对夹杂物的去除更为有利，夹杂物颗粒的当量直径为20?m时，中间包钢水液面高度由950mm增加到1150mm,中间包钢水中夹杂物的排除率由41.8%增加到51.8%。但夹杂物颗粒尺寸较大时，中间包内钢液面高度对夹杂物去除影响得不显著，夹杂物当量直径为150?m时，中间包内钢水液面高度增加200mm，夹杂物排除率仅增加不到1％。中间包高度增加，相当于增加了中间包顶面面积。用公式C出口