D01:10.13374j.isml00103x2006.11.003 第28卷第11期 北京科技大学学报 Vol.28 No.11 2006年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing NoY.2006 TSC薄板坯连铸中间包内流场及夹杂物 运动轨迹的数值模拟 张彩军赵铁成艾立群 河北理工大学治金与能源学院。唐山063009 摘要以FTSC双效冲击板加单坝结构的中间包为研究对象.应用FLUENT软件计算了中间包 的三维流场、温度场，夹杂物运动轨迹及不同尺寸夹杂物的排除率.结果表明.TSC中间包内的 双效冲击板和单坝能够明显改善钢液的流动状态和温度分布，显著提高夹杂物的排除率，并且对 小尺寸夹杂物(k60:m)排除率的影响尤为显著. 关键词FTSC中间包：流场：夹杂物：运动轨迹：数值模拟 分类号TF777.7 中间包作为连铸生产过程中的重要环节，其 a (PU)=0 (1) 治金功能已经引起了人们越来越广泛的重视.尤 其在薄板坯连铸生产中拉速较高的情况下，钢液 动量方程： 在中间包内的平均停留时间较短，不利于夹杂物 aUi aP七umax十B△Tga(2) 的上浮排除；为了获得高洁净度的钢液，就必须进 OU i 一步发挥中间包排除夹杂物的作用.由于中间包 湍流动能(k)方程： 内钢水流动状态是影响夹杂物排除的重要因素之 k a ak +G-PE (3) 一，所以对中间包内钢水流动、传热和夹杂物运动 轨迹的数值模拟己成为中间包设计及优化的有效 湍流耗散(e)方程： 手段.本文以FTSC双效冲击板加单坝结构的中 aX3) CIEG-C2RE2 间包为研究对象，采用FLUENT商业软件，计算 k 了中间包的三维流场、温度场、夹杂物运动轨迹及 (4) 不同尺寸夹杂物的排除率，分析了中间包内控流 能量方程： 装置对夹杂物排除率的影响. 寻m汁品(WH= aT (5) 1 数学模型 其中： aU U:aU) 1.1假设条件 axi) (6) (1)流体为稳态、不可压缩的粘性流体： (7) (2)忽略中间包钢水的液面波动： 叶共=+C (3)设夹杂物颗粒对流场无影响，其形状简 (8) 化为球形： k广ko+9匙 Pru (4)忽略钢液二次氧化和夹杂物碰撞聚合. 式中，x,x为以张量表示的方向；P为压力；U, 12基本方程 U为流场时均速度；P为钢液密度；4为动力学 (1)流体流动. 黏度；“，和“分别为湍流黏度系数和有效黏度 连续方程： 系数；B为体膨胀系数；H为焓：km为有效传热系 数：T为钢液温度；g为重力加速度；k,e为流体 收稿日期：2005-11-24修回日期：200606-16 的湍动能和湍动能耗散率；G为湍动能产生率； 作者简介：张彩军(1971一)，男.副教授.博士 C1994-2019 China cadem Ju Eectro Pu尿热热容9S&为经输常葱，目煎ki.net
FTSC薄板坯连铸中间包内流场及夹杂物 运动轨迹的数值模拟 张彩军 赵铁成 艾立群 河北理工大学冶金与能源学院, 唐山 063009 摘 要 以FTSC 双效冲击板加单坝结构的中间包为研究对象, 应用 FLUENT 软件计算了中间包 的三维流场、温度场、夹杂物运动轨迹及不同尺寸夹杂物的排除率.结果表明, FTSC 中间包内的 双效冲击板和单坝能够明显改善钢液的流动状态和温度分布, 显著提高夹杂物的排除率, 并且对 小尺寸夹杂物(d <60μm)排除率的影响尤为显著. 关键词 FTSC;中间包;流场;夹杂物;运动轨迹;数值模拟 分类号 TF777.7 收稿日期:2005 11 24 修回日期:2006 06 16 作者简介:张彩军(1971—), 男, 副教授, 博士 中间包作为连铸生产过程中的重要环节, 其 冶金功能已经引起了人们越来越广泛的重视.尤 其在薄板坯连铸生产中拉速较高的情况下 ,钢液 在中间包内的平均停留时间较短, 不利于夹杂物 的上浮排除;为了获得高洁净度的钢液 ,就必须进 一步发挥中间包排除夹杂物的作用.由于中间包 内钢水流动状态是影响夹杂物排除的重要因素之 一,所以对中间包内钢水流动 、传热和夹杂物运动 轨迹的数值模拟已成为中间包设计及优化的有效 手段.本文以 FTSC 双效冲击板加单坝结构的中 间包为研究对象, 采用 FLUEN T 商业软件 ,计算 了中间包的三维流场 、温度场 、夹杂物运动轨迹及 不同尺寸夹杂物的排除率 ,分析了中间包内控流 装置对夹杂物排除率的影响. 1 数学模型 1.1 假设条件 (1)流体为稳态、不可压缩的粘性流体 ; (2)忽略中间包钢水的液面波动 ; (3)设夹杂物颗粒对流场无影响, 其形状简 化为球形 ; (4)忽略钢液二次氧化和夹杂物碰撞聚合. 1.2 基本方程 (1)流体流动 . 连续方程: x i (ρUi)=0 (1) 动量方程 : ρUj Ui xj =- P x i +μeff 2 Ui x 2 j +βΔTρgi (2) 湍流动能(k)方程 : ρUj k xj = x j μeff σk × k xj +G -ρε (3) 湍流耗散(ε)方程 : ρUj ε xj = xj μeff σε × ε x j + C1εG -C2ρε2 k (4) 能量方程 : t (ρH)+ xi (ρUiH)= xi keff T x i (5) 其中 : G =μt Uj xi Ui xj + Uj xi (6) μeff =μ+μt =μ+ρCd k 2 ε (7) ke ff =k 0 + Cpμt Prt (8) 式中 , x i , xj 为以张量表示的方向;P 为压力;Ui , Uj 为流场时均速度;ρ为钢液密度;μ为动力学 黏度;μt 和 μeff分别为湍流黏度系数和有效黏度 系数 ;β 为体膨胀系数 ;H 为焓;k eff为有效传热系 数;T 为钢液温度 ;g 为重力加速度 ;k , ε为流体 的湍动能和湍动能耗散率 ;G 为湍动能产生率; Cp 为比热容 ;C1 , C2 , Cd , σk , σε为经验常数 ,目前 第 28 卷 第 11 期 2006 年 11 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.28 No.11 Nov.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.11.003
Vol.28 No.11 张彩军等：FTS℃薄板坯连铸中间包内流场及夹杂物运动轨迹的数值模拟 。1015。 普遍采用Launder和Spalding的推荐值，取为 口法线方向的导数为0. C1=1.43,C2=193,C4=009,0k=1.00, =1.30. (③)中间包钢液顶面，流场：产之-登- (2)夹杂物运动的随机游走模型.颗粒运动 2-w=0.温度：钢液顶面热流量的取值为36 轨迹的计算采用拉格朗日颗粒跟踪模型，在己计 kWm刂.假设夹杂物运动钢液顶面后全部被 算出的非等温三维稳态流场中运用该模型进行计 表面渣层吸收. 算.同时，为了考虑湍流漩涡对颗粒运动轨迹混 (4)固体壁面上的速度为零，壁面为非滑移 乱无秩序的影响，在计算中应用了随机游走模型. 界面，k和e采用壁面函数法来计算：底墙的热流 在随机游走模型中，颗粒的运动速度u通过在其 量为1.8kWm一2侧墙的热流量为3kWm一2. 时均速度uc:的基础上加一项脉动速度u来获得， 假设夹杂物颗粒运动到壁面后全部反弹. 其方程为： 22网格划分及数值求解 dw=Fn(U-ua)+B。Pe 采用1/2中间包作为计算域.对于无控流装 (9) d Pe gi 置的中间包，其结构比较简单，划分网格大约 FD= 18MoCpRe (10) 48000个.对于有控流装置的中间包，由于其双效 24P.D2 冲击板结构比较复杂，为了缩短计算时间并提高 =网= (11) 计算结果的精度，将/2中间包分成六部分分别 划分网格，网格结构及坐标系见图1.流场和温度 式中，ue:为颗粒的时均速度；ua为颗粒的脉动速 场的计算选择分离式求解器和隐式稳态方案并选 度：为流体的脉动速度：FD为曳力；CD为曳力 取标准k一e双方程模型.在计算出流场、温度 系数：0为钢水黏度；P。为夹杂物颗粒的密度； 场、湍动能和湍流耗散率后，将夹杂物从入口截面 D。为夹杂物颗粒的直径；；为随机数，一般范围 上释放，模拟夹杂物颗粒的运动轨迹.对同一尺 是一1~1，每个积分步骤都会变化. 寸的夹杂物颗粒的轨迹进行重复模拟，得到多条 2边界条件及数值求解 轨迹，并对所有轨迹的去向进行统计，可以得到该 夹杂物的排除效率. 2.1边界条件 (1)中间包入口.根据拉速，采用流量相等 =0 (12) 的原理，确定入口速度.流股的速度方向垂直于 式中，1为夹杂物的上浮颗粒数与总颗粒数之 钢液表面，k和e为速度的函数. 比，定义为夹杂物的排除率；N:为夹杂物的上浮 (2)中间包出口.出口所有变量沿结晶器出 颗粒数；N,为总颗粒数 图1网格结构和坐标系 Fig.I Mesh structure and coordinate system 3计算结果及分析 较大的速度和包底相撞并向四周展开，同时由水 口注入的流股抽引周围钢液向入口区流动，但是 3.1中间包三维流场的模拟结果 中间包内并没形成有规律的环流区，不利于夹杂 图2为钢液入口速度为1.63m·s1,入口温 物的排除.由图2凸)设置控流装置后中间包内钢 度为1828K时中间包内钢液中心对称面的速度 液的流场图可以看出，钢液以较大的速度由入口 矢量图.由图2(a)无控流装置时中间包内钢液的 冲击到双效冲击板装置中受到缓冲并在双效冲击 流杨图可以看出无控流装置时钢液在入巳区以cPu板的上方以较小的速度流出电于注个流股剧烈ki.n©
普遍采用 Launder 和 Spalding 的推荐值, 取为 C1 =1.43 , C2 =1.93 , Cd =0.09 , σk =1.00 , σε=1.30 . (2)夹杂物运动的随机游走模型 .颗粒运动 轨迹的计算采用拉格朗日颗粒跟踪模型 ,在已计 算出的非等温三维稳态流场中运用该模型进行计 算.同时, 为了考虑湍流漩涡对颗粒运动轨迹混 乱无秩序的影响 ,在计算中应用了随机游走模型. 在随机游走模型中, 颗粒的运动速度 uci通过在其 时均速度uci的基础上加一项脉动速度 u′ci来获得, 其方程为 : d uc i d t =F D(Ui -uci)+ (ρc -ρ) ρc gi (9) FD = 18 μ0CD Re 24 ρcD 2 c (10) u′c i =ζi μ′i 2 =ζi 2k 3 (11) 式中, uc i为颗粒的时均速度;u′ci 为颗粒的脉动速 度;u′i 为流体的脉动速度;F D 为曳力 ;CD 为曳力 系数;μ0 为钢水黏度 ;ρc 为夹杂物颗粒的密度; Dc 为夹杂物颗粒的直径 ;ζi 为随机数 , 一般范围 是-1 ～ 1 ,每个积分步骤都会变化 . 2 边界条件及数值求解 2.1 边界条件 (1)中间包入口.根据拉速, 采用流量相等 的原理, 确定入口速度.流股的速度方向垂直于 钢液表面 , k 和ε为速度的函数 . (2)中间包出口.出口所有变量沿结晶器出 口法线方向的导数为 0 . (3)中间包钢液顶面.流场 : u z = v z = k z = ε z =w =0 .温度:钢液顶面热流量的取值为 36 kW·m -2[ 1] .假设夹杂物运动钢液顶面后全部被 表面渣层吸收 . (4)固体壁面上的速度为零 ,壁面为非滑移 界面, k 和ε采用壁面函数法来计算 ;底墙的热流 量为 1.8 kW·m -2 ,侧墙的热流量为 3 kW·m -2 . 假设夹杂物颗粒运动到壁面后全部反弹 . 2.2 网格划分及数值求解 采用 1/2 中间包作为计算域 .对于无控流装 置的中间包 , 其结构比较简单, 划分网格大约 48 000个.对于有控流装置的中间包,由于其双效 冲击板结构比较复杂 , 为了缩短计算时间并提高 计算结果的精度, 将 1/2 中间包分成六部分分别 划分网格 ,网格结构及坐标系见图 1 .流场和温度 场的计算选择分离式求解器和隐式稳态方案并选 取标准 k -ε双方程模型.在计算出流场 、温度 场、湍动能和湍流耗散率后,将夹杂物从入口截面 上释放, 模拟夹杂物颗粒的运动轨迹.对同一尺 寸的夹杂物颗粒的轨迹进行重复模拟 , 得到多条 轨迹 ,并对所有轨迹的去向进行统计,可以得到该 夹杂物的排除效率. ηf = Nf N t (12) 式中 , ηf 为夹杂物的上浮颗粒数与总颗粒数之 比,定义为夹杂物的排除率;N f 为夹杂物的上浮 颗粒数;N t 为总颗粒数 . 图 1 网格结构和坐标系 Fig.1 Mesh structure and coordinate system 3 计算结果及分析 3.1 中间包三维流场的模拟结果 图2 为钢液入口速度为 1.63 m·s -1 ,入口温 度为 1 828 K 时中间包内钢液中心对称面的速度 矢量图.由图 2(a)无控流装置时中间包内钢液的 流场图可以看出, 无控流装置时钢液在入口区以 较大的速度和包底相撞并向四周展开 , 同时由水 口注入的流股抽引周围钢液向入口区流动 ,但是 中间包内并没形成有规律的环流区, 不利于夹杂 物的排除 .由图 2(b)设置控流装置后中间包内钢 液的流场图可以看出 , 钢液以较大的速度由入口 冲击到双效冲击板装置中受到缓冲并在双效冲击 板的上方以较小的速度流出.由于注入流股剧烈 Vol.28 No.11 张彩军等:FTSC 薄板坯连铸中间包内流场及夹杂物运动轨迹的数值模拟 · 1015 ·
。1016· 北京科技大学学报 2006年第11期 的抽引作用，在入口左侧形成一个顺时针环流. 时间，有利于增大夹杂物上浮排除率.挡坝右侧 右侧的钢液受注入流股的抽引以及高温钢液上浮 的钢液流动比较平缓，速度较小，有利于减少钢液 运动的作用下，在入口区和挡坝之间形成了一个 表面的波动，防止二次氧化.由此可见中间包内 逆时针环流和一个比较大的顺时针环流，这促进 的控流装置显著的改善了钢液的流动状态，非常 了钢液的混合并增大了钢液在中间包的平均停留 有利于夹杂物的排除. 图2中间包钢液中心截面的流场.(a空包：(b)FTSC中间包 Fig.2 Velocity distributiony=0.(a)empty tundish;(b)FTSC tundish 3.2中间包温度场的模拟结果 方的钢液顶面附近.可见，无控流装置的中间包 图3和图4为在有无控流装置情况下中间包 内钢液温度分布不均匀而且顶面低温区较多，这 内钢液中心对称面和中间包1/2钢液顶面温度分 主要是因为钢液在流动过程中混合程度不够并且 布图.取中间包入口钢液温度为1828K,无控流 很少与顶面接触.而设有控流装置的中间包内最 装置时，中间包内钢液最大温差约20K,进出口 大温降较小，进出口温差仅为3.5K,温度分布也 温差约为45K,中间包内钢液最低温度约为 比较均匀并且钢液顶面低温区较少，这主要是由 1808K,在出口区上方的钢液顶面附近存在一个 于中间包内钢液的三个环流区极大地促进了钢液 较大死区.设置控流装置后，中间包内钢液最大 混合，有利于均匀钢液温度.因此，控流装置也明 温差约14K,进出口温差约为3.5K,中间包内钢 显改善了中间包内钢液的温度分布. 液最低温度约为1814K,其位置在中间包挡坝上 828 181118261828 1819 1822 b 825.5 825 1826 1825 1824 1826 826 1827 1827.5 1823.5 1824.5 图3中间包钢液中心截面的温度场.(a)空包：(b)FTSC中间包 Fig 3 Temperature distribution0:(a)empty tundish:(b)FTSC tundish 1808 1818 1819 1814 (a) T820 816 1816 1822 1819 1822 822 181 1822 1819 1820 1818 图4中间包钢液1/2顶面温度场.(a)空包：(b)FTS℃中间包 Fig 4 Temperature distribution990 mm (a empty tundish;(b)FTSC tundish (C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne
的抽引作用, 在入口左侧形成一个顺时针环流. 右侧的钢液受注入流股的抽引以及高温钢液上浮 运动的作用下, 在入口区和挡坝之间形成了一个 逆时针环流和一个比较大的顺时针环流 ,这促进 了钢液的混合并增大了钢液在中间包的平均停留 时间 ,有利于增大夹杂物上浮排除率.挡坝右侧 的钢液流动比较平缓 ,速度较小,有利于减少钢液 表面的波动, 防止二次氧化 .由此可见,中间包内 的控流装置显著的改善了钢液的流动状态 ,非常 有利于夹杂物的排除 . 图2 中间包钢液中心截面的流场.(a)空包;(b)FTSC 中间包 Fig.2 Velocity distribution, y =0:(a)empty tundish;(b)FTSC tundish 3.2 中间包温度场的模拟结果 图 3 和图 4 为在有无控流装置情况下中间包 内钢液中心对称面和中间包 1/2 钢液顶面温度分 布图 .取中间包入口钢液温度为 1 828 K , 无控流 装置时, 中间包内钢液最大温差约 20 K , 进出口 温差约为 4.5 K , 中间包内钢液最低温度约为 1 808 K ,在出口区上方的钢液顶面附近存在一个 较大死区.设置控流装置后, 中间包内钢液最大 温差约 14 K ,进出口温差约为 3.5 K ,中间包内钢 液最低温度约为 1 814 K ,其位置在中间包挡坝上 方的钢液顶面附近 .可见, 无控流装置的中间包 内钢液温度分布不均匀而且顶面低温区较多, 这 主要是因为钢液在流动过程中混合程度不够并且 很少与顶面接触.而设有控流装置的中间包内最 大温降较小, 进出口温差仅为 3.5 K ,温度分布也 比较均匀并且钢液顶面低温区较少, 这主要是由 于中间包内钢液的三个环流区极大地促进了钢液 混合 ,有利于均匀钢液温度 .因此 ,控流装置也明 显改善了中间包内钢液的温度分布 . 图3 中间包钢液中心截面的温度场.(a)空包;(b)FTSC 中间包 Fig.3 Temperature distribution, y=0:(a)empty tundish;(b)FTSC tundish 图 4 中间包钢液1/2 顶面温度场.(a)空包;(b)FTSC 中间包 Fig.4 Temperature distribution, y =990 mm:(a)empty tundish;(b)FTSC tundish · 1016 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 11 期
Vol.28 No.11 张彩军等：FTS℃薄板坯连铸中间包内流场及夹杂物运动轨迹的数值模拟 。1017。 3.3中间包结构对夹杂物轨迹的影响 排除的几率减小，不利于夹杂物的排除.而在有 图5(a)和)分别为有无控流装置两种情况 控流装置的情况下，夹杂物在中间包内随钢液的 下中间包内夹杂物颗粒(d=100m)的运动轨 环流运动延长了夹杂物在中间包内的停留时间， 迹.可以看到，在无控流装置的情况下，夹杂物进 增大了其与钢液顶面接触的几率，有利于夹杂物 入中间包随钢液一起运动，由于没有形成比较有 的排除. 规律的环流运动，使得夹杂物与钢液顶面接触并 00m 图5夹杂物运动轨迹.(a)空包：(b)FTSC中间包 Fig 5 Typical inclusion trajectory (random):(a)empty tundish:(b)FTSC tundish 3.4中间包结构对夹杂物排除率的影响 变化的前提下，中间包内钢液最大温降近14K, 图6对比了两种情况下不同尺寸夹杂物的排 中间包进、出口温差相对较小，仅为3.5K,而且 除率.由图所示，对于尺寸较小的夹杂物，中间包 中间包内钢液的温度分布比较均匀并且低温区较 内设置控流装置对其排除率影响非常显著，10m 少 的夹杂物的排除率由48%增加到60%，增加了 (2)随夹杂物当量直径的增加，夹杂物的排 12%.但夹杂物颗粒尺寸较大时，中间包内的控 除率也相应得增加.FTSC中间包内双效冲击板 流装置对夹杂物的排除影响的不显著，150m的 加单坝的控流装置对夹杂物的排除率有显著影 夹杂物的排除率由87%增加到89%，仅增加了 响，提高了夹杂物的排除率，并且能显著提高小尺 2%.总的来说。中间包内设置控流装置后，钢液 寸夹杂物(k60m)的排除率. 的流动形式发生改变，同时提高了中间包内钢液 参考文献 的停留时间，有利于夹杂物的上浮排除. 100 【刂王建军，包燕平曲英.中间包治金学.北京：治金工业出版 社.2001 80 [2 Miki Y.Thomas B G.Modeling of inclusion emoval in a tundish.Metall Trans B 1999,30B(4):639 60 【)张炯明，邓风琴王文科，等.连铸中间包钢水夹杂物浓度 的数值模拟.北京科技大学学报200426(3)：247 ·一无控流装置 【4张利君，程树森，成国光。连铸中间包非等温钢液流场的研 一有控流装置 究∥2005中国钢铁年会论文集（第3卷）.北京，2005：465 20020406080100120140160 [可张美杰，黄奥，汪厚植。等。底吹中间包的流场及夹杂物运 夹杂物当量直径m 动轨迹的数值模拟研究∥2005中国钢铁年会论文集（第3 卷).北京，2005：426 图6有无控流装置情况下不同尺寸夹杂物的排除率 【(陈您刘玉兰。马钢异型坯连铸中间包治金性能数模研究. Fig 6 Removing rate of small inclusions in tundish 炼钢1999,15(4)：37 7]Morales R D Lopez Ramirez S Palafox-Ramos J.et al.Nu merical and modeling amalysis of fluid fbw and heat transfer of 4 结论 liquid steel in a tundish with different flow control devices. (1)采用Fluent商业软件，计算了FTSC中 1SlJ1nt1999.39(5):455 间包流场、温度场及夹杂物的运动轨迹.计算结 [图 Ramos-Banderas A.Morales R D.Garcia-Demedices L.et al. 果显示：在双效冲击板加单坝结构的FTSC中间 Mathematical simuhtion and modeling of steel flow with gas bubbling in tmough type tundishes.ISJ Int 2003.43(5):653 包内，钢液的流动存在三个较大的环流区，增大了 [习 Sinha A K.Sahai Y.Mathematical modeling of inclusion 钢液在中间包内的平均停留时间，有利于提高夹 transport and removal in contimous casting tundishes.ISIJ 杂物的排除率：在大包浸入式水口温度不随时间 1nt1993.33(5):556 (C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.ne
3.3 中间包结构对夹杂物轨迹的影响 图 5(a)和(b)分别为有无控流装置两种情况 下中间包内夹杂物颗粒(d =100 μm)的运动轨 迹.可以看到 ,在无控流装置的情况下,夹杂物进 入中间包随钢液一起运动 ,由于没有形成比较有 规律的环流运动, 使得夹杂物与钢液顶面接触并 排除的几率减小 , 不利于夹杂物的排除.而在有 控流装置的情况下 , 夹杂物在中间包内随钢液的 环流运动延长了夹杂物在中间包内的停留时间, 增大了其与钢液顶面接触的几率, 有利于夹杂物 的排除. 图 5 夹杂物运动轨迹.(a)空包;(b)FTSC 中间包 Fig.5 Typical inclusion trajectory (random):(a)empty tundish;(b)FTSC tundish 3.4 中间包结构对夹杂物排除率的影响 图 6 对比了两种情况下不同尺寸夹杂物的排 除率 .由图所示, 对于尺寸较小的夹杂物 ,中间包 内设置控流装置对其排除率影响非常显著, 10 μm 的夹杂物的排除率由 48 %增加到 60 %, 增加了 12 %.但夹杂物颗粒尺寸较大时, 中间包内的控 流装置对夹杂物的排除影响的不显著, 150 μm 的 夹杂物的排除率由 87 %增加到 89 %, 仅增加了 2 %.总的来说, 中间包内设置控流装置后, 钢液 的流动形式发生改变 , 同时提高了中间包内钢液 的停留时间,有利于夹杂物的上浮排除 . 图 6 有无控流装置情况下不同尺寸夹杂物的排除率 Fig.6 Removing rate of small inclusions in tundish 4 结论 (1)采用 Fluent 商业软件, 计算了 FTSC 中 间包流场、温度场及夹杂物的运动轨迹.计算结 果显示 :在双效冲击板加单坝结构的 FTSC 中间 包内 ,钢液的流动存在三个较大的环流区,增大了 钢液在中间包内的平均停留时间, 有利于提高夹 杂物的排除率;在大包浸入式水口温度不随时间 变化的前提下, 中间包内钢液最大温降近 14 K , 中间包进、出口温差相对较小, 仅为 3.5 K , 而且 中间包内钢液的温度分布比较均匀并且低温区较 少. (2)随夹杂物当量直径的增加 ,夹杂物的排 除率也相应得增加.FTSC 中间包内双效冲击板 加单坝的控流装置对夹杂物的排除率有显著影 响,提高了夹杂物的排除率,并且能显著提高小尺 寸夹杂物(d <60 μm)的排除率. 参 考 文 献 [ 1] 王建军, 包燕平, 曲英.中间包冶金学.北京:冶金工业出版 社, 2001 [ 2] Miki Y, Thomas B G .Modeling of inclusion removal in a tundish.Metall Trans B, 1999 , 30B(4):639 [ 3] 张炯明, 邓凤琴, 王文科, 等.连铸中间包钢水夹杂物浓度 的数值模拟.北京科技大学学报, 2004 , 26(3):247 [ 4] 张利君, 程树森, 成国光.连铸中间包非等温钢液流场的研 究 ∥2005 中国钢铁年会论文集(第 3 卷).北京, 2005:465 [ 5] 张美杰, 黄奥, 汪厚植, 等.底吹中间包的流场及夹杂物运 动轨迹的数值模拟研究 ∥2005 中国钢铁年会论文集(第 3 卷).北京, 2005:426 [ 6] 陈健, 刘玉兰.马钢异型坯连铸中间包冶金性能数模研究. 炼钢, 1999 , 15(4):37 [ 7] Morales R D, Lopez-Ramirez S , Palafox-Ramos J , et al.Numerical and modeling analysis of fluid flow and heat transf er of liquid st eel in a tundish with diff erent flow control devices. ISIJ Int, 1999 , 39(5):455 [ 8] Ramos-Banderas A , Morales R D, Garcia-Demedices L , et al. Mathematical simulation and modeling of steel flow with gas bubbling in trough t ype tundishes.ISIJ Int, 2003 , 43(5):653 [ 9] Sinha A K , Sahai Y .Mathemati cal modeling of inclusion transport and removal in continuous casting tundishes.ISIJ Int, 1993 , 33(5):556 Vol.28 No.11 张彩军等:FTSC 薄板坯连铸中间包内流场及夹杂物运动轨迹的数值模拟 · 1017 ·
。1018。 北京科技大学学报 2006年第11期 Mathematical simulation of steel flow and trajectory of inclusions in FTSC tundish ZHANG Caijun,ZHAO Tiecheng,AI Liqun Metallurgy and Energy Institute,Hebei Polytechnic University.Tangshan 063009 China ABSTRACT The three-dimensional flow field,temperature dist ribution,trajectory of inclusions,and re- moving rate of inclusions in a FTSC tundish were simulated by software FLUENT.The results show ed that the flow control devices of double effect pad and dam in the FTSC tundish had a significant influence on improving the flow field and temperature distribution and on increasing the removing rate of inclusions especially small inclusions (d<60um). KEY WORDS FTSC;tundish;fluid field;inclusion;moving trajectory;numerical simulation Comparison and analysis of dislocation density,morphology and evolution in mi- crostructure of low-carbon steel produced using different technologies YU Hao,KANG Yonglin,DONG Hongbo2 1)Materiak Science and Ergineering School University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083 China 2)Jinan Iron Steel Group Co.,Jinan 250101.China ABSTRACT Three kinds of specimens were produced from hot strips of similar composition and same thickness(nominal gauge 4.0mm)but produced using different technologies,and the dislocation density of these strips was quantitatively measured by positron annihilation technique test.The dislocation morphology and evolution in microstructure of each pass for producing the 1.9mm hot strip using CSP (compact strip production )technology were observed under an H800 transmission electron microscope;its density was al- so quantitatively measured using the positron annihilation technique test,and the factors influencing the dis- location density during the production process were analyzed.The experimental results show that the dislo- cation density in the microstructure produced using CSP technology is higher than that in the microstructure produced using conventional technology.This result was discussed and confirmed on the basis of the finite element simulation and the theory relevant to dislocations. KEY WORDS compact strip production (CSP);microstructure;dislocation;positron annihilation tech- nique;finite element simulation Joumal of University of Science and Technology Beijing,2006,13(5):406] (C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
Mathematical simulation of steel flow and trajectory of inclusions in FTSC tundish ZHANG Caijun , ZHAO Tiecheng , AI Liqun Metallurgy and Energy Institute , Hebei Polyt echnic University , Tangshan 063009 , C hina ABSTRACT The three-dimensional flow field , temperature distributio n , trajecto ry of inclusio ns, and removing rate of inclusions in a FTSC tundish were simulated by software FLUENT .The results show ed that the flow control devices of double effect pad and dam in the FTSC tundish had a significant influence on improving the flow field and temperature distribution and on increasing the removing rate of inclusions especially small inclusions (d <60 μm). KEY WORDS FTSC ;tundish ;fluid field ;inclusion ;moving trajecto ry ;numerical simulation Comparison and analysis of dislocation density , morphology and evolution in microstructure of low-carbon steel produced using different technologies YU Hao 1), K ANG Yonglin 1), DONG Hongbo 2) 1)Materials Science and Engineering School, University of Science and Technology Beijing , Beijing 100083 , China 2)Jinan Iron &St eel Group Co ., Jinan 250101 , China ABSTRACT Three kinds of specimens were produced from hot strips of similar composition and same thickness (nominal gauge 4.0 mm)but produced using different technologies, and the dislocation density of these strips was quantitatively measured by positron annihilation technique test .The dislocation morphology and evolution in microstructure of each pass for producing the 1.9 mm hot strip using CSP (compact strip production)technology w ere observed under an H-800 transmission electron microscope ;its density w as also quantitatively measured using the positron annihilation technique test , and the factorsinfluencing the dislocation density during the production process w ere analyzed .The experimental results show that the dislocation density in the microstructure produced using CSP technology is higher than that in the microstructure produced using co nventional technology .This result w as discussed and confirmed on the basis of the finite element simulation and the theory relevant to dislocations . KEY WORDS compact strip production (CSP);microstructure;dislocation ;positron annihilation technique ;finite element simulation [ 摘自 Journal of University of Science and Technology Beijing , 2006 , 13(5):406] · 1018 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 11 期