吹氩板坯结晶器内钢渣界面气泡行为的研究的开题报告.docx

吹氩板坯结晶器内钢渣界面气泡行为的研究的开题报告
一、研究背景
氩气被广泛应用于钢铁冶炼、半导体制造等领域，其中在钢铁冶炼过程中，氩气被用于吹制炉前渣皮和提高钢的纯度。吹氩板坯结晶器是一个典型的应用场景，其作用是通过氩气吹扫带有钢渣的板坯表面，使得熔融金属在固定的时间内冷却成坯。然而，在吹氩的过程中，氩气与钢渣之间的相互作用会影响板坯的结晶和生产效率，因此对于吹氩板坯结晶器内钢渣界面气泡行为的研究具有理论价值和实际意义。
二、研究目的
本研究的目的是通过实验和数值模拟，探究在吹氩板坯结晶器内钢渣界面的气泡行为规律，分析氩气对钢渣的影响，为提高板坯的结晶质量和生产效率提供理论依据和决策支持。
三、研究内容
（一）基础实验
1.设计并制备吹氩板坯结晶器模拟实验装置，将钢渣注入到模拟器中，并通过氩气喷射的方式在钢渣表面产生气泡。
2.验证模拟器实验装置的可行性和稳定性，即检测气泡大小、形态、数量和气泡运动规律。
3.观察和记录气泡的行为轨迹，如气泡上升速度、融合、分裂、爆破等。
（二）数值模拟
1.建立吹氩板坯结晶器内气泡运动的数学模型，能够全面反映气泡在钢渣表面的运动规律。
2.模拟并预测不同条件下气泡在钢渣表面的运动状态，如不同气泡直径、氩气流量、钢渣温度等因素的影响。
3.基于模拟结果，分析氩气吹气速度、角度等因素对气泡的影响，为吹氩板坯结晶器的优化设计和生产参数的合理设置提供依据。
四、预期成果
1.建立吹氩板坯结晶器内气泡运动的数学模型。
2.基于实验和数值模拟分析氩气对钢渣界面气泡行为的影响。
3.为优化吹氩板坯结晶器的生产效率和结晶质量提供理论支持。
五、研究方法与技术路线
（一）实验方法
1.设计制备吹氩板坯结晶器模拟实验装置，采用高速摄影技术对气泡运动轨迹进行记录。
2.利用数码高速摄像仪和图像处理软件对气泡直径、升速等参数进行检测和分析。
（二）数值模拟方法
1.基于CFD软件接口改进算法，建立包含钢渣、氩气和空气的三相流动模型。
2.通过数值计算模拟气泡在钢渣表面的运动轨迹和变形规律。
3.建立吹氩板坯结晶器优化设计的模型，模拟并评估不同设计方案的优劣性。
（三）技术路线
1.构建数学模型，确定实验参数。
2.制备实验装置，开展实验研究，并记录实验数据。
3.基于实验数据建立数值模型。
4.进行数值模拟分析，得出结果。
5.综合实验和数值模拟分析结果，给出优化方案。
六、研究意义
本研究可为吹氩板坯的生产过程提供理论依据和技术支持，深入探究氩气对钢渣在吹氩板坯结晶器内的交互作用机制，为提高钢板结构性能、降低板坯成本、提高生产效率等领域打下良好基础，具有重要的理论和实践意义。