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本文以双效冲击板加双孔单坝结构的FTSC中间包为研究对象,应用FLUENT商业软件,建立了中间包内钢液流动与传热三维耦合及夹杂物运动的数学模型,计算了中间包内三维流场、温度场、夹杂物运动轨迹及不同尺寸夹杂物的排除率,分析了不同控流装置和拉速对流场、温度场及夹杂物排除率的影响,并在综合考虑流场、温度场和夹杂物排除率三种因素的基础上确定了FTSC中间包的结构优化方案。结果表明:
在FTSC中间包内,钢液的流动存在三个较大的环流区,延长了钢液在中间包内的停留时间,有利于均匀钢液的成分和温度并提高夹杂物的排除率。在浸入式水口钢液温度为1828K时,中间包内钢液的最大温降约11.4K,中间包进、出口温差相对较小,仅为2.2K,而且中间包内钢液的温度分布比较均匀并且低温区较少;FTSC中间包内双效冲击板加单坝的控流装置显著提高了夹杂物的排除率。当拉速为5m·min-1时,10~50μm的夹杂物的排除率提高了18.5%,而80~150μm的夹杂物的排除率提高了46%。可见,FTSC中间包内的控流装置对大尺寸夹杂物(d>50μm)排除率的影响尤为显著;FTSC中间包的结构及其特有双效冲击板有效的控制了拉速对钢液流动状态及夹杂物排除率的影响,在不同拉速下中间包内都存在钢液流动的三个环流区。当拉速为6m·min-1时,50、150μm的夹杂物排除率仍然达到65.5%和85.7%,夹杂物排除率在各种拉速下都能够保持较高的水平;现有FTSC中间包坝右侧出口区钢液的流动状态仍然存在不合理之处,在一定程度上影响了夹杂物的上浮排除,其控流装置仍需进一步优化;综合考虑中间包内钢液流动、温度分布和夹杂物捧除率三种因素,B4方案(DEP+790mm坝)的中间包结构在改善了中间包内钢液流动状态和温度分布的同时又进一步提高了夹杂物排除率,相比于原型中间包,当量直径为10~150μm夹杂物的排除率提高达58.9%,优化效果最佳,为本论文研究的最终优化方案。