引言和摘要

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摘要

中间包是炼钢流程中重要的冶金反应器，除具有储存、分配钢液的作用外，还具有净化液、去除钢中非金属夹杂物的作用。本文以 T 型中间包为研究对象，利用软件FLUENT以及TECPLOT对中间包流场进行数值模拟。在数值模拟的基础上，对中间包结构优化，进行工业试验，以检验中间包优化的效果。

本次的数值模拟主要进行了以下工作：

（1）在没有挡墙的情况下，模拟不同的入口速度对空包的流场和温度场的影响，分析了空包的流场和温度场特性；

（2）加入多空挡墙之后，模拟不同的入口速度对中间包的流场和温度场的影响； （3）对比有无多空挡墙的中间包流场和温度场，发现多空挡墙改善了中间包内的流场，减少了中间包内的温降。



中间包冶金是连铸工艺过程中的重要环节，在中间包内设置控流装置以改善钢液的流态有利于均匀钢液温度、促使非金属夹杂物上浮从而提高中包的冶金效果。

为了合理有效地改造中间包控流装置，以改善中间包内部钢水流态、降低铸坯的夹杂物水平，对首钢四流小方坯连铸中间包挡墙改造进行了三维数值模拟研究。利用大型商业软件 CFX4.3 和FLUENT6.1 建立了中包三维流体动力学分析模型。数值计算采用N-S 方程及湍流k-ε双方程模型，在适体坐标系下将流场区域网格化，然后对其流场进行分析，描述中间包内钢液的传输行为，研究中间包内钢液的流动及混合现象。得到了中间包内挡墙和坝的优化设计方案，避免了短路流，延长和均匀了各出水口钢水的平均停留时间，有利于钢水中夹杂物的上浮去除。

研究表明：中小型中间包内钢水入口区与本体之间设置合适的控流装置，如带导流孔的高挡墙（全挡墙），可以抑制入口区强烈的湍流、减弱中包本体液面扰动。无控流装置或使用局部挡墙时，邻近的出水口有明显的钢水短路现象。全挡墙的导流孔分布和倾角对改善中间包钢水流态有影响。导流孔应具有合适的上倾角，避免直冲出口塞棒、墙壁和液面，还应该具有合适的通钢量。计算结果指出：所提出的梯形多孔高挡墙和V型多孔高挡墙都可以改善钢水流态、提高中包冶金效果。但生产试验表明，对梯形高挡墙的抗冲刷性能要求更高。



引言

中间包冶金是一项特殊的炉外精炼技术，是整个钢铁生产流程中的中间环节，是获得优良铸坯的保证。随着连铸技术的发展，钢液质量对连铸工艺的重要意义逐渐为人们所认识，中间包的冶金作用受到了更多的关注。 “中间包冶金”的概念是在八十年代初期提出的，多伦多大学教授A.McLean 是首创者。近二十年来，国内外关于中间包冶金的研究已成为一个热门课题，如中间包结构设计、抑制二次氧化、耐火材料和覆盖渣控制、更换钢包操作时温度和成分控制、吹氩清洗、过滤、加热钢水、热中间包重复应用等。这说明冶金界已经接受了中间包冶金的概念, 并且成为实际操作中的工程技术。

Fluent和tecplot简介

本论文针对鞍钢板坯连铸中间包在生产中出现的问题，将流体力学计算软件fluent和tecplot应用于冶金过程的数值模拟。建立数学模型，对连铸中间包内钢水流动进行数学模拟，


计算了多孔挡板及湍流杯对中间包流场和温度场的影响，对中间包进行结构优化。

近年来，随着钢材用户使用要求以及工厂自身开发高质量、高附加值品种钢要 求的不断提高，钢水的纯净度问题日渐突出。中间包是炼钢生产流程的中间环节， 是由间歇操作转向连续操作的衔接点，是提高钢产量和质量的重要一环。无论对于连铸操作的顺利进行，还是对于保证钢液品质符合需要，中间包的作用都是不可忽视的。它不但具有暂时存储钢液，分配钢液，实现多炉连浇以及稳定钢液流动，减小结晶器内钢液静压力的功能，还是一个重要的冶金反应容器。它的冶金功能主要归纳为：净化功能—防止钢液的二次氧化；改善钢液的流动状态，延长钢液在中间包内的停留时间，促使夹杂物上浮；精炼功能——采用附加冶金工艺，完成钢液成分微调，改善夹杂物形态，对钢液温度进行精确控制等。目前已开发了许多中间包冶金技术，如中间包电磁感应加热技术、中间包等离子加热技术、中间包液面加双层覆盖渣技术、中间包吹氩技术、中间包内装砌陶瓷过滤器技术、中间包内安装控流装置技术等。

国内外相关研究的经验表明，研究中间包冶金的要方法有：结合生产现场的物理模拟以及基于过程物理模型的数学模拟方法等。

物理模拟是利用相似原理，通过物理模型并借助相关的测试手段，对冶金过程中的流体流动、夹杂物的上浮等进行观察和显示，以便摸清其中冶金反应的规律，验证数学模拟结果的正确性，为优化工艺过程和开发新型流程提供依据。数值模拟是通过计算机用数值计算的方法求解冶金过程的质量、动量、能量及组分平衡的偏微分方程，经过数学分析、预报流动、传热及燃烧过程的细节，给出流场各变量的时空分布，是分析冶金装置优化的有力工具。

从七十年代开始，国内外许多的研究学者利用数学物理模拟的方法系统的研究了不同中间包内的流场分布，优化了中间包与控流装置的结构。先后出现了在中间包内安置挡墙、挡坝、多孔挡板、过滤器等方法，这些方法对指导现场生产、提高钢材质量起到了很大的作用。

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