双辊薄带铸轧熔池内流场和温度场数值模拟.pdf

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1、第l4卷第2期过程工程学报VO1．14NO．22014年4月TheChineseJournalofProcessEngineeringApr．2014双辊薄带铸轧熔池内流场和温度场数值模拟董建宏，王楠，陈敏，徐磊，黄伟军f东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110819)摘要：以带宽1000mnl，辊径600mm的双辊薄带铸轧过程为研究对象，基于Fluent软件，建立了薄带铸轧熔池三维有限体积模型，对其中钢液流动状态及传热进行数值模拟，并考察了新型浇铸系统结构、布流器开孔倾角、铸轧速度、过热度及冷却强度对铸轧AISI304不锈钢熔池的流场和温度场的影响．结果表明，采用浸

2、入式水口，多孔布流器，导流坝以及分流体组合的新型浇铸系统，且水口浸入布流器熔池内，布流孔向上倾角15。～18。，铸带速度在60～80m／min，熔池自由液面湍流动能最大值为0．O175J／kg，熔池表面温差低于20K，钢液与铸轧辊接触面能稳定形成大于0．6mill的凝固坯壳．关键词：双辊薄带连铸；铸轧熔池；流场；温度场；数值模拟中图分类号：TF713．1文献标识码：A文章编号：1009—606X(2014)02—0211-06且凸型分布、1以及布流器内的导流坝及分流体组合而1前言成的浇铸系统，对熔池流场和温度场进行研究，考察了双辊薄带连铸是一种利用钢液直接生产薄带钢

3、的布流孔倾角、铸轧速度、过热度及冷却强度等对铸轧熔新工艺．具有流程短、生产成本低、节能环保等优点【l'2]．池流场和温度场的影响规律，数值结果可为薄带铸轧技钢水在很短时间内凝固并发生塑性变形，铸带成分均术的进一步开发和提高铸带质量提供理论依据．匀，凝固组织致密【，从而提高了铸带的力学性能．由2铸轧熔池内钢液流动和传热数学模型于双辊薄带铸轧的狭小熔池空间，在较高的铸轧速度下，完成液面波动的控制，钢液的流动，温度的均匀分2．1铸轧熔池内钢液流动和传热数学模型基本假设布相当困难，使浇铸系统的能否将钢液均匀地分配在铸(1)固、液金属均按不可压缩流体处理，固、液相金轧熔池内成

4、为双辊薄带铸轧的关键【4I5]．属流体密度为常数，两相区流体密度为固相率的函数；Tavares等【6】利用开发的数学模型，考察了采用普通(2)忽略铸轧熔池内弯月面表面波动对流体的影响；浸入式水口及卧式渗透型水口对熔池内钢液的流动和(3)不考虑凝固壳对流场的影响；凝固的影响．张晓明等[7】通过建立采用双侧孔普通浸(4)固态相变潜热远小于凝固潜热，忽略固态相变的入式水口的铸轧熔池数学模型，对轧熔池f带宽250ram)影响．传热、传质过程进行了研究，模拟结果和实验室半工业2．2控制方程试验结果符合较高．Kim等[、王波等[10,11利用计算流体流体流动采用连续性方程和Na

5、vier-Stokes方程描力学研究跌落式水口结合布流器对熔池流场的影响，取述，采用双方程模型．模拟体系作为直角坐标系下得了与水模实验较为一致的结果．张宁等[12,13]采用数值三维稳态问题处理，不考虑开浇至进入稳定状态之间的模拟研究了镁合金双辊连铸布流系统的布流状况．目前非稳态过程．相关方程如下：双辊薄带连铸工艺虽然在业界的引起极大研究开发兴连续性方程：趣，但尚未达到大规模商业运营阶段，在诸如浇铸系统!!：0的优化，侧封系统的改进和工艺参数的控制等方面还存．(1)ax．在较多技术问题．对于铸轧熔池内复杂的流体流动过动量方程(Navier-Stokes方程1：程，数

6、值模拟以其可实现工艺过程更加清晰见长，是强有力的工艺过程分析工具，对双辊薄带铸轧工艺的开发一3PolF(~ui3x+Ox+具有不可替代的作用．，I，]J『l+腿⋯．本研究以双辊薄带铸轧熔池为研究对象．采用双侧孔一底孔型浸入式水口、多孔布流器f布流孔非等截面湍动能(方程：收稿日期：2013—08—19，修回日期：2014—03—12基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号：51174052)；中央高校基本科研业务专项资金资助项目(编号：N110402009)作者简介：董建宏(1983—1，男，甘肃省白银市人，博士研究生，钢铁冶金专业；陈敏，通讯联系人，E．mail：c

7、henm@$nllr1．neu．edu．cr1．212过程工程学报第14卷：旦0f／'left1+G一(3)kef=kI+丝cpxiO"x0xi／盯t湍动能耗散率(s)方程：两相区导热系数：旦ax：瓠＼f、O"丝1+c三G一￡，(4)km=ufkl+ocp1+，(10)eOxi)1KIf。t其中，式中，为固相分率，为固相分率，为液相线温度(K)；．为固相线温度(K)，岛为钢液层流导热系数，oi为湍G=(iXi[1考0，+OXi]J，流导热系数，为普朗特常数，数值为0．9～1．0．本模型中，采用热焓法处理凝固潜热．啦=t+=+pCK2}c．2．4边界条件入口：法向