連鑄二冷氣霧射流動態(tài)傳熱實(shí)驗的研究.pdf

1、連續(xù)鑄鋼技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是鋼鐵工業(yè)一次重大技術(shù)革命。隨著社會發(fā)展的進(jìn)步,為了提高生產(chǎn)效率,同時保證鑄坯質(zhì)量,需要對連鑄工藝進(jìn)一步優(yōu)化。連鑄二次冷卻過程是連鑄過程的重要環(huán)節(jié),氣霧射流質(zhì)量的優(yōu)劣對鋼坯質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用。改善連鑄二冷技術(shù)的關(guān)鍵在于深入了解氣霧冷卻在移動鋼坯表面的傳熱機(jī)理,從而調(diào)整工藝參數(shù),達(dá)到優(yōu)化工藝的目的。
　　連鑄二冷主要有三個特點(diǎn):鋼坯含有液芯;運(yùn)動鋼坯經(jīng)歷周期性冷卻邊界;冷卻噴嘴與重力所呈角度的規(guī)律性變化

2、。研究此三個特點(diǎn)才能較為真實(shí)地模擬連鑄二冷工業(yè)過程。本文自主設(shè)計并搭建高效連鑄氣霧射流動態(tài)傳熱實(shí)驗平臺,該平臺由氣霧射流系統(tǒng)、熱模擬與測試系統(tǒng)兩部分構(gòu)成,綜合考慮到了射流區(qū)、對流換熱區(qū)、干區(qū)相結(jié)合的周期性換熱條件,具備了模擬連鑄二冷的主要特點(diǎn)。本研究采用傳熱反算方法,即依據(jù)安置在缸體24個熱電偶測得溫度變化反算表面溫度與熱流密度。在柱坐標(biāo)下建立了二維非穩(wěn)態(tài)的導(dǎo)熱反問題數(shù)學(xué)模型,用 Matlab軟件編寫程序,并且驗證了此方法的準(zhǔn)確性,得到

3、其相對誤差均值在10-14級別。
　　研究結(jié)果表明,氣霧冷卻過程中,氣霧冷卻周期性換熱特點(diǎn)被發(fā)現(xiàn),實(shí)驗平臺實(shí)現(xiàn)了連鑄二冷區(qū)鑄坯試樣冷卻過程的實(shí)驗室模擬;缸體移動對表面?zhèn)鳠嵝螒B(tài)產(chǎn)生了強(qiáng)烈影響,與靜態(tài)噴射時有較大的差別。缸體移動會對膜態(tài)沸騰、過渡態(tài)沸騰、核態(tài)沸騰、強(qiáng)制對流的幾種表面?zhèn)鳠嵝螒B(tài)產(chǎn)生不同的影響,射流中心上游與下游傳熱是不對稱的。在沸騰換熱階段射流上游上方區(qū)域的熱流要高于下游上方區(qū)域,射流下游下方區(qū)域的熱流要略高于上游下方區(qū)域

4、,在對流換熱階段,射流上游區(qū)域的熱流要高于下游區(qū)域。熱流最大值不位于缸體表面射流正下方位置,而是以較高概率出現(xiàn)在缸體表面射流上游區(qū)距射流中心[π/12,π/3]范圍內(nèi)。熱流最小值在沸騰換熱階段以較高概率出現(xiàn)在缸體表面射流上游距射流中心[2π/3,3π/4]范圍內(nèi)。在對流換熱階段以較高概率出現(xiàn)在射流下游區(qū)距射流中心5π/6處。熱流最大值與最小值所在空間位置在整個冷卻過程中都是變動的。本文研究思路與結(jié)果可以為連鑄二冷優(yōu)化噴嘴布置提供參考依據(jù)