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中间包作为连铸过程中钢液进入结晶器之前的最后一个冶金容器,具有均匀钢水成分、温度和去除钢液中非金属夹杂物的能力。合理的中间包内部结构可以改善钢水的流动状态,进而提高铸坯质量。论文以某钢厂两流板坯矩形连铸中间包为研究对象,运用物理模拟方法对中间包内的控流装置进行了优化,并且用数值模拟方法研究了中间包内的流场和温度场。主要结论如下: (1)原型中间包湍流控制器不合理,并且没有设置合理的控流装置。中间包内存在短路流,示踪剂响应时间短,均达不到50s,且死区的体积分率最高可达59%。钢水平均停留时间短,在实际情况下仅为400s左右,夹杂物难以上浮去除。 (2)通过设置改进湍流控制器和挡墙挡坝组合,中间包死区体积大幅度下降,活塞流体积增加,示踪剂响应时间、峰值时间以及钢水实际平均停留时间增加明显,大大增加了夹杂物上浮去除的几率。 (3)原型中间包的流场不理想。钢液从湍流控制器流出后,流向两冲击区之间区域的部分在包底与湍流控制器间形成底部回流;流向下水口的部分直接流向包底并沿包底经下水口流出中间包。两种流动方式均不利于夹杂物上浮去除,也是造成原型中间包死区大的原因。 (4)中间包结构优化后,流场得到很大改善。原型中间包两冲击区之间的底部回流被消除,并在湍流控制器与挡墙之间以及下水口上方形成了环流,使钢水流动稳定,延长了钢水的停留时间,利于夹杂物上浮去除。挡坝开孔方案虽造成少量钢水直接流出中间包,但是也消除了挡坝后方的死区。 (5)原型中间包温度分布不均匀,在自由液面处出现了12K的温降,并且从下水口上方很近的位置开始出现延续到自由液面的温降。优化后中间包的温度场更加均匀,从下水口到自由液面钢液温度均匀在1819K,自由液面仅在中间包边角处出现温降,并且降温幅度也较小。 研究表明,物理模拟与数值模拟的结果基本相符,两种方法结合可以更好的实现对中间包内部结构的改进。