三流大方坯中间包控流装置优化数值模拟及研究.pdfVIP

三流大方坯中间包控流装置优化的数值模拟研究 倪赛珍 李富帅 陶金明 中冶连铸北京冶金技术研究院，北京100028 摘要：针对某钢厂新设计的三流大方坯中间包结构，通过改变其中控流装置的参数得到不同的 中间包内腔设计方案。然后运用数值模拟的方法研究不同设计方案下中间包内钢液的流场和温度场的 特性，采用 “刺激-响应”的方法得到不同方案钢液的停留时间分布(RTD)曲线，通过对各方案下时间 特征量的比较分析，得到最优的内腔结构设计。研究结果表明：采用挡渣墙，耐冲击板和挡坝组合的 方式得到的流场最佳，最有利于夹杂物的上浮和各水口流场、温度场的均匀。 关键词：三流中间包；内腔优化；数值模拟；流场；温度场 TF777 A 2013S．I 重型机械 ·171· (4)湍动能耗散率(s)方程 算模型如图2所示。 “ G 、1 Ox k 半Idxif、垃0×塞)+旦(ct—g)i ；， 2～ (4) 式中．G=“豢(警+雾)；～=肛+¨肛。= 强Cu浮／8。 (5)能量方程 ㈤‘)) 图1 中间包包体结构俯视图 。P Pc，警=去ci2瓦‘A∥巩i，A∥瑟v-， 其中A咿=A+A，；A，=喾。A∥为有效导热系数； A为钢液的层流导热系数；A，为钢液的湍流导热 系数；Pr为普朗特数，取值为0．85。 (6)中间包内钢液停留时间计算模型。在中 氐＆糯 二 间包稳定流场中瞬时加入示踪剂，计算从某时刻 起1S内注人的示踪剂在各流出口的浓度随时间 变化规律。示踪剂在中间包内流动和扩散状况用 下面的质量传输方程来描述 l ”7 ．、5 融．7 盟Ot+掣Ox一蠹Ox(。。掣川舶) 图2中间包计算模型 式(6)中左边的三项分别为示踪剂质量浓度 在钢液中的瞬态项、对流项及扩散项，右边为示踪 1．4边界条件 剂在钢液中的源项，选择中间包的各出口为监 (1)入口边界。根据拉速和铸坯断面，可以 测点。 计算ff{人口流速，速度方向垂直于中间包液面， 以上各式中主要符号描述如下：式中P为钢 再根据钢液入口速度计算出后和占值，此外中问 液密度，取6900kr／m3；“。为速度矢量，单位为 包人口处温度取1853K。在利用示踪剂计算钢液 m／s；“i，“i为i√方向的速度值，单位为m／s；z。，z， 停留时间分布时，入口处在第一秒内施加单位1 为i√方向的坐标值，单位为m；P为压力，单位为 的示踪剂量，随后该值设为0。 Pa；／．t。伊为有效粘性系数，单位为Pa·s，根据湍流 (2)出口边界采用自由出口，在出u处，所 模型确定。本文采用Laun