第 3卷第 l期 2012年 2月

特殊钢 S P E C IA L S T E E L

V o l. 3 3 . N o . 1

e u F br脚

2 0 12

15

立式板坯连铸机结晶器内流场的数值物理模拟 赵志刚, 2施哲,胡冲太,陈远清,仇圣桃,

(1昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明 6 0 9; 2钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心,北京 10 X) ) 5 3 ( 81摘要采用 1:1的水模型研究了 20 0 m m x 1 30 0 m m立式板坯连铸结晶器内流场和在水口浸人深度 1巧

m m拉坯速度 0.55而 m i n时水口结构参数 (侧孔尺寸 40 m m x 40 m m一 m m x 80 m m,侧孔角度+ 15一 25 )对 40液面波动的影响,基于流体力学计算,利用 F u n软件和采用 k一双方程高雷诺数湍流模型对板坯结晶器内的流场 le t

进行了三维数值模拟结果表明,数值模拟结果与物理模拟结果较吻合;水口结构参数对液面湍动能的影响较明显;在 1#一水口中, 2#水口(4~ x 4 m m,十15,向下,倒 Y形底部 )的使用性能相对较好;流股的冲击速度越# 4 0 0 浅,自由液面湍动能越大关键词连铸机结晶器液面湍动能浸入式水口物理模拟

N u m er ic a l a n d P h y siea l S im u a t o n o n F lu id F lo w l i

F ie ld in M o ld o f

V e rtie a l S la b C a ster z ha z higang,, sh i z he, H u K untai,, e hen Y uan qing, nd Q iu shengtao,

E n gi i ng, K n而ng U niver it of s eienee an d T ehnolo罗, K ul而 ng 6 5(珍3; neer u s y e l X 2 N a iona E ng neer n g R esea eh C en er of C on tn uous C ast T eehno o群, C enter Iron a d Steel R esea h In tiu t, B ei ing lX ) 1 ) t l i i r t i i雌 l n c r s t e j X 8 A b str a e t T h e liq u id f ow f e ld in m o ld o f a 2 0 0 m m x 1 3 ( l i ) X m m v e r ie al sla b ea s te r a n d th e ef e t o f n o zz le s tr e tu r t e f u e

( 1 C ole罗 of M et l g ea a d E n r l l i a ur l n e g y

pa am et r ers ( si h ole size 4 0 m m x 4 0 m m一 4 0 m m x 80 m m, side hol an gl+ 15一 de e e e n t叮 n o z zle 1 15 m m

15 ) w ih depth O sub m erged t f

an d e a s tin g s p e e d 0 . 5 5耐 m in o n m o ld le ve l f u e tu a tio n h a ve b e en stu d ie d b y u sin g l: 1 w a ter m o ld, l

a n d b a se d on e a eu la tio n o f f u id m a e h a n ie s, th e 3一 im e n s io n a n u m e r e a s im u la tio n o f f o w f eld in sla m o d 15 e a r e d o u t l d l i l l i b l i b y usi g Fluent so w ar an d k一 high R e equ ati tur u l n t f e on b enee m odel. R esul sh ow t ts hat t nu m er ea si u a i resu l eohe i l m l t on ts in e id e w ith th e re su lts o p h y siea s im u la tio n; th e ef e t o f n oz zle s tr e tu r p a ra m ete rs o n liq u id le v e l tu rb u le n t k in e tie e n e卜 f l e f u e

y 5 g 1 ob vi; in N ol一麟 nozzl, t ser i per r anee of N oZ nozzle (4 0 m m x 4 0 m m,+ 15, dow n w a d, b ot ous N es he v ee f m o r tom w i i ver ed Y sh a

P e )15 r l i bett th n t e a ve t er; and the sh a l er the str l ow and i p aet dePth, the l ger f e sur ee tut u l m r a e r a f h ent kineti e e n e rg y

M a te r a l I n d e x i

C a ster, M o ld, F re e S u r e e T u rb u le n t K in etie E n e r群, S u b m e嗯e d N o zz le, P h y sie a S im u la tio n a f l

l

研究方法

稳态,钢液为不可压缩粘性流体;钢液的热物理参数与常

人口

自由液面

宝钢特殊钢分公司 200年投产的用于浇铸特 8殊钢及特种合金的立式板坯连铸机,其浇铸断面尺寸为 20 0 m m x 1 300 m m,中间包钢水容量为 17 t,结晶器长度为 90 0 1. 1水模型建立基于相似原理],建立板坯连铸结晶器 1:1物理模型钢液在结晶器内运动时受到了重力惯性力粘性力和表面张力的作用,包含这些力的相似准数有:弗鲁德准数 ( F )雷诺准数 (R )和韦伯准数 r e (W ) e 1.2这里采用近似模拟方法,基于低拉速的特数学模型建立 (1 )对模型 (图 l的基本假设: )传输过程为点,主要考虑惯性重力和粘性力的作用 mm

数;

忽略凝固过程中钢的密 不考虑机械 称对面壁器结晶面

度变化;铸坯外弧和内弧的 传热条件对称;收缩引起的流动 (2 )钢液流动的控制方程可表示为[: j 2质量守恒方程: 流出出口

变形引起的流动和铸坯凝固

旦丝=o二卫 叙 i

图1 F ig . 1 tu r e

模型几何结构 e G o m e t巧 s tr e u

动量方程:

f O m odel

通讯作者:施

哲,教授,昆明大学冶金与能源工程学院,昆明 6 0 9 5 3