目录

1.1 连铸技术概况 1

1.1.1 连铸工艺概述 1

1.1.2 连铸技术的发展 2

1.2 钢的连铸用结晶器 2

1.3 连铸工艺中结晶器的作用 3

1.4 浸入式水口结构对铸坯质量的影响 4

1.5 结晶器冶金过程的研究方法 4

1.5.1 物理模拟法 5

1.5.2 数学模拟法 6

1.6 结晶器内钢液行为 6

1.6.1结晶器内钢液流体流动基本特征 6

1.6.2 钢液的流体流动状态和表面驻波 7

1.7 结晶器内卷渣的研究 9

1.8 结晶器钢液流体流动数值计算原理及过程 10

1.9 研究的目的及意义 12

1.10 主要研究内容 12

第二章 结晶器钢液流体流动的数学模型 14

2.1 基本假设 14

2.2 流体力学的基本控制方程 14

2.3 计算区域及边界条件 15

2.4 模型的计算机求解 17

2.4.1 软件的操作步骤 17

第三章 计算结果 25

3.1 计算收敛情况 25

3.2结晶器内钢水的流动状态 26

3.4 结晶器内钢液-熔渣界面处钢水的流动速度与卷渣 27

3.5.1不同拉速情况下流场的云图 28

3.5.2不同拉速情况下钢液的流线图 31

3.5.3不同拉速情况下钢液的速率矢量图 33

3.5.4不同拉速情况下钢液面速度图 36

第四章 结论 39

致谢 40

参考文献 41

第一章 绪论

1.1 连铸技术概况

1.1.1 连铸工艺概述

钢铁可以说是工业的一种“粮食”，而“粮食”的产量及好坏决定着国家的经济发展和科技发展。连续铸钢（简称连铸）技术就是集合冶金到轧制一体的现代产钢的一种技术。其工艺水平已然决定了钢铁工业水平的高低，现今连铸比（连铸合格坯产量占钢总产量的百分比）已然成为了衡量一个国家钢铁冶金技术水平的重要指标。

钢铁制造有两种工艺，即传统的模铸工艺和当代连续铸钢工艺。连铸工艺是将炼钢与轧钢工艺程序衔接，将钢液直接浇铸成型一种现代工艺，它具有工艺程序简练；减少金属浪费率；自动化程度高等优势。所以连铸工艺问世后，各国就纷纷研究，应用这套工艺，模铸工艺被迅速替代[1]。

然而，连续铸钢仍然受到表面波动和湍流问题的困扰，这是产品表面和内部缺陷的主要来源。

金属到模具的输送方式是这样的：钢水从浸入式水口(SEN)出来后，它直接冲撞到狭窄的模壁上。这就为熔融金属创造了两个再循环区域：一个上部的再循环区域和一个较低的再循环区域。上部的再循环区域会导致表面波浪和湍流的形成。模粉、矿渣、夹杂物、气泡气体、裂纹和粘着缺陷是连续铸造产品生产过程中常见的一些表面缺陷[2-5]。另外，提高效率和减少产品成本需要更高的钢铸速率。在结晶器中，由于结晶器的凝固过程开始，表面的速率和湍流度以及流体的振动都被认为是表面缺陷的主要原因。

连铸工艺将传统的模铸工艺较为分散的生产过程有效地整合在一起，使得炼钢生产变得自动化，连续化，大型化，高效化及优质化。它的应用彻底改变了炼钢车间的物流控制及生产流程，从而大幅度改善了车间的生产环境，为炼钢工作者减轻工作强度将更多精力投入连铸工艺的优化升级创造了条件。

1.1.2 连铸技术的发展

连铸的概念最早由美国人亚瑟（B.Atha）于1866年提出。德国人达勒蒽（R.M.Daelen）于1877年设想，将炼钢与轧钢工艺环节衔接结晶器壁由铜质板材围成，铜板外测水冷，并设计了固定的水冷式薄铜壁结晶器，结晶器出口处连续拉坯，进行二次冷却，并伴随引锭杆，拉矫机及切割机的协同加工装置，成为现代连铸机的原型。

由于连铸技术集成化，高效率的显著优越性，世界各工业国家纷纷采用此技术，使得连铸比不断上升并逐步替代传统的模铸工艺。1933年德国设计建造了第一台1700吨/月的具有振动的立式结晶器连铸机，成功地用于浇铸铜铝合金。美国、英国、苏联，日本等国于40年代也前后建成实验连铸机。各国于50年代进入工业实验阶段并于60年代进入工业试用阶段。1963年瑞士英斯钢厂建成了第一台具有弧形结晶器的方坯连铸机。自此，配备弧形结晶器的连铸机很快成为了连铸的主要机型之一。连铸技术也进入了快速发展时期。1970年世界平均连铸比才是6%，但到1980年，这个数值增加到30%。到1981年，丹麦炼钢厂的连铸比已达到95.8%、芬兰也达到了91.9%、日本则是70.7%。80年代中期是连铸技术的高速发展期。1982年，全世界共有连铸机1100多套，连铸钢的年产量已达到了2亿吨，连铸机已成为钢铁生产的首要机型。