53馬鋼板坯連鑄中間包流場的水力學模型研究1，7-22

1、1馬鋼常規(guī)板坯連鑄中間包流場的物理模擬研究及應(yīng)用馬鋼常規(guī)板坯連鑄中間包流場的物理模擬研究及應(yīng)用潘遠望1、2尹國才2史向英2（1.安徽工業(yè)大學冶金與資源學院，安徽馬鞍山243000；2.馬鋼技術(shù)中心，安徽馬鞍山243000）摘要:本文根據(jù)相似原理，運用正交實驗設(shè)計了9種中間包湍流控制器的實驗方案，采用水力學模型和數(shù)學模型研究了中間包湍流控制器對馬鋼板坯連鑄中間包流體流動的影響。合理結(jié)構(gòu)的湍流控制器能夠改善中間包流體流動特性平均停留時間增加

2、活塞流體積提高死區(qū)體積下降。實驗研究結(jié)果和生產(chǎn)實踐表明，10＃湍流控制器的中間包流場較合理；采用10＃湍流控制器能改善中間包的溫度場和流場，中間包的T.O小于15ppm。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:中間包湍流控制器水模數(shù)模應(yīng)用PhysicalSimulationResearchApplicationofFlowFieldinTundishfConventionalCCSlabofMaSteelPanYuanwang12YinGuocai2ShiXia

3、ngying2(1.MetallurgyResourceSchoolAnhuiUniversityofTechnology2.TechnologyCentreofMaSteel）Abstract:9testprogramsftheturbulencecontrollerintundishweredesignedthroughthogonaltestsbasedonthesimilarityprinciple.Theinfluenceso

4、ftheturbulencecontrolleronthefluidflowintundishduringcontinuouscastingoftheslabinMaSteelwerestudiedbythehydraulicsmodelthemathematicalmodel.Theturbulencecontrollerwithrationalstructurecouldimprovethebehaviofthefluidflowi

5、ntundishextendtheaverageresidencetimeincreasethevolumeoftheplugflowreducethedeadzone.Theresultsoftheexperimentalresearchtheproductionpracticeshowedthattheflowfieldofthe10#turbulencecontrollerwasmerational.Thetemperaturef

6、ieldflowfieldintundishcouldbeimprovedbyuseofthe10#turbulencecontroller.TheT.Oofthetundishwaslessthan15ppm.Keywds:tundishturbulencecontrollerhydraulicsmodelmathematicalmodelapplication1前言前言中間包冶金是一項特殊的爐外精煉技術(shù)是從熔煉到鑄坯這個生產(chǎn)流程中保

7、證鋼質(zhì)量優(yōu)良的關(guān)鍵一環(huán)。從冶金反應(yīng)工程學的角度來看，鋼水在中間包中存在湍流流動以及伴隨湍流流動的傳質(zhì)、傳熱、夾雜物碰撞和排除等物理現(xiàn)象。近年來，就凈化鋼液的措施而言，除中間包的幾何結(jié)構(gòu)和容量外，中間包內(nèi)鋼液的流動狀態(tài)也起到關(guān)鍵的作用。通過在中間包中安裝一些控流裝置，以改變鋼水在中間包的流動特性，提高夾雜物的去除率［1］。本文針對馬鋼常規(guī)板坯中間包進行內(nèi)腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確定了適合該中間包的湍流控制器。2試驗原理和方案試驗原理和方案21試驗原理

8、試驗原理本試驗的主要理論基礎(chǔ)是相似三定理。模型與實型中液體流動相似的基本條件是幾何相似和動力相似[2]。為方便實驗，選擇實驗模型與實型的幾何相似比例為0.3：1。試驗中中間包內(nèi)鋼液受到的力主要有重力、慣性力、粘性力，因此只要保證Fr準數(shù)和Re準數(shù)相等即可保證動力相似。通過計算，原型實際流體流動的Re準數(shù)與水模型中流體流動的Re準數(shù)都超過10000，進入第二自?；瘏^(qū)，因此只要保證Fr準數(shù)相等，就可以保證原型和模型的動力相似。模型與原型相關(guān)

9、參數(shù)對應(yīng)關(guān)系如表1所示。3包內(nèi)加入示蹤劑（即δ刺激信號），同時在中間包出水口處測定示蹤劑的濃度變化曲線，稱為RTD曲線[3]，RTD曲線分析結(jié)果如表4所示。表4中間包鋼液的中間包鋼液的RTDRTD曲線分析結(jié)果曲線分析結(jié)果Table4AnalysisresultsoftheRTDcurve實驗號實際平均停留時間，S死區(qū)體積分數(shù)活塞流體積分數(shù)混合區(qū)體積分數(shù)1246.337%7%56%2297.124%6%70%3279.128%7%64%4

10、254.635%7%59%5302.922%7%70%6305.322%7%71%7303.222%6%72%8323.317%7%76%9294.924%7%69%根據(jù)正交試驗的直觀分析法分析可以得出最優(yōu)的參數(shù)如下表5所示。表53個指標分別對應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)方案個指標分別對應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)方案Table5Theoptimizedparameters表6優(yōu)化后的試驗方案優(yōu)化后的試驗方案crespondingtoeachofthe3indexes

11、.Table6Optimizedtestprograms指標L1L2H1H2死區(qū)體積分數(shù)1804533769活塞流體積分數(shù)1804533769混合流體積分數(shù)1804536769綜上分析，選擇設(shè)計10和11＃方案進行流場拍照和數(shù)模試驗。10＃和11＃方案如表6所示。3.2中間包流場分析中間包流場分析對10＃和11＃試驗在鋼液注入口處加入黑墨水，然后用攝像機對流場進行拍攝。3.2.110＃試驗方案的流場＃試驗方案的流場10＃試驗方案的流場圖

12、如下圖2所示。圖21010＃試驗方案中間包流場圖＃試驗方案中間包流場圖Figure2Photosofthetundishflowfieldin10#testprogram從圖3照片可以看到，鋼液從鋼包長水口注入中間包后，鋼液沖擊到中間包底部然后向上流到鋼液的上部，這樣使大部分流體在中間包內(nèi)的平均停留時間延長，利于夾雜物的上浮和去除，無短路流產(chǎn)生，中間包流場較合理。3.2.211＃試驗方案的流場＃試驗方案的流場實驗號L1L2H1H210＃