鈦對連鑄塞棒水口堵塞的影響及預防—概述（四）
數(shù)值研究
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宏觀數(shù)值模型的目的是盡可能好地反映塞棒升高對鋼液流通量的控制，考慮中間包鋼水靜壓的邊界條件導致了預期的行為，靜壓結(jié)果顯示，塞棒間隙的壓力的典型值為零以下?？梢钥紤]鋼水靜壓、鋼水流通速度和表示鋼廠情況的湍流波動對團聚的影響。
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用數(shù)值模型對兩個鋼廠的中間包進行了宏觀研究。對于相同的中間包鋼水液面高度和塞棒升高量，不同的水口內(nèi)徑導致鋼液討論過的不同。分析了速度和湍流，特別是對夾雜物凝聚的可能的影響，具有大局部速度和湍流強度的幾何形狀容易產(chǎn)生強烈的非金屬夾雜物的團聚。
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由于夾雜物的團聚，較小塞棒升高導致更大的夾雜物直徑。VASL鋼廠連鑄機的團聚結(jié)果對中間包鋼水液面高度具有敏感性，鋼水液面越低，湍流強度越大，夾雜物直徑越大。
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對塞棒端部幾何形狀的修改導致了在塞棒間隙和塞棒鋼水速度達到了預期效果，兩種塞棒端部修改均未發(fā)現(xiàn)對夾雜物團聚有明顯影響。特別是與塞桿升高量沒有發(fā)現(xiàn)任何變化。研究結(jié)果被認為是弱的，即沒有發(fā)現(xiàn)對聚集行為的明顯影響，然而，這并不是塞棒修改的一個目標。
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建立考慮阻塞生長(非金屬夾雜物的沉積)與鋼水流動雙向耦合的瞬態(tài)水口阻塞模型，該模型在微觀尺度上考慮了堵塞的關(guān)鍵步驟：顆粒通過湍流向水口內(nèi)壁面的運移；水口壁面-流體相互作用及夾雜物在水口內(nèi)壁面上的沉積，夾雜物粒子沉積引起的阻塞物生長。
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通過重現(xiàn)COMDIC的堵塞計量試驗臺試驗，驗證了該模型。數(shù)值計算的水口堵塞段與室內(nèi)試驗的堵塞段定性地吻合。計算得到的堵塞過程中通過水口的質(zhì)量流量隨時間的變化規(guī)律也與實驗監(jiān)測結(jié)果一致。
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基于堵塞計量試驗臺的建立，從模型結(jié)果中導出了堵塞的新的認識。
- 堵塞是一個瞬態(tài)過程，它包括水口內(nèi)壁上初始沉積的顆粒覆蓋，堵塞前沿凸起演變，以及分支結(jié)構(gòu)的發(fā)展。- 堵塞是一個隨機的、自我加速的過程。
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應(yīng)用微觀數(shù)值模型模擬了實際工業(yè)規(guī)模(VASL鋼廠, SALZF鋼廠)連鑄過程中水口阻塞現(xiàn)象，獲得了以下建模結(jié)果。
- 水口和塞棒的設(shè)計(幾何形狀)影響了水口的堵塞。參考行業(yè)合作伙伴提供的水口設(shè)計，發(fā)現(xiàn)兩個關(guān)鍵區(qū)域?qū)Χ氯舾校?/span>(1)塞棒-水口之間的間隙，(2)塞棒-水口間隙下面的水口的上部。- 中間包鋼水液面高度對堵塞的影響很小。這一結(jié)果與VASL鋼廠的行業(yè)觀察結(jié)果不同。假設(shè)其他機制可能會導致堵塞，如中間包液位高度對引入水口的非金屬夾雜物顆粒的大小和數(shù)量密度的影響。- 在保持其他連鑄參數(shù)和幾何參數(shù)不變的情況下，水口的內(nèi)徑會影響水口內(nèi)部的阻塞，例如，較小的水口直徑會導致阻塞沿水口內(nèi)壁分布更加均勻。
