鈦對連鑄塞棒水口堵塞的影響及預(yù)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(dǎo)致了預(yù)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。可以考慮鋼水靜壓、鋼水流通速度和表示鋼廠情況的湍流波動對團(tuán)聚的影響。
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用數(shù)值模型對兩個鋼廠的中間包進(jìn)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(dǎo)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(qiáng)度的幾何形狀容易產(chǎn)生強(qiáng)烈的非金屬夾雜物的團(tuán)聚。
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由于夾雜物的團(tuán)聚，較小塞棒升高導(dǎo)致更大的夾雜物直徑。VASL鋼廠連鑄機(jī)的團(tuán)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(qiáng)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(dǎo)致了在塞棒間隙和塞棒鋼水速度達(dá)到了預(yù)期效果，兩種塞棒端部修改均未發(fā)現(xiàn)對夾雜物團(tuán)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(rèn)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(biāo)。
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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(yùn)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(jì)量試驗(yàn)臺試驗(yàn)，驗(yàn)證了該模型。數(shù)值計(jì)算的水口堵塞段與室內(nèi)試驗(yàn)的堵塞段定性地吻合。計(jì)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(shí)驗(yàn)監(jiān)測結(jié)果一致。
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基于堵塞計(jì)量試驗(yàn)臺的建立，從模型結(jié)果中導(dǎo)出了堵塞的新的認(rèn)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(jī)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(shí)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(jì)(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(jì)，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(jī)制可能會導(dǎo)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(dǎo)致阻塞沿水口內(nèi)壁分布更加均勻。
