41水平連鑄中間包內(nèi)鋼水流動(dòng)的水模型研究

1、水平連鑄中間包內(nèi)鋼水流動(dòng)的水模型研究1水平連鑄中間包內(nèi)鋼水流動(dòng)的水模型研究楊樹(shù)峰1，2，李京社1，張立峰2，唐海燕1，石少清3（1.北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院北京100083中國(guó)；2.密蘇里科技大學(xué)冶金工程系，密蘇里州羅拉市65401，美國(guó)；3.衡陽(yáng)鋼管公司技術(shù)中心衡陽(yáng)421001，中國(guó)）摘要：依據(jù)實(shí)際?120mm圓坯水平連鑄過(guò)程中15t中間包原型，采用1:1.5的相似比建立了水模擬系統(tǒng)對(duì)原型中間包內(nèi)鋼液的流場(chǎng)進(jìn)行了評(píng)估，并研究了中

2、間包控流裝置（壩和湍流控制器）對(duì)中間包內(nèi)鋼液流動(dòng)特性影響。關(guān)鍵詞：水平連鑄；中間包；水模型；控流裝置WaterModelingontheFluidFlowinaHizontalContinuousCastingTunishYANGShufeng12LIJingshe1ZHANGLifeng2TANGHaiyan1SHIShaoqing3(1.SchoolofMetallurgicalEcologicalEngineeringUniver

3、sityofScienceTechnologyBeijingBeijing100083China2.DepofmetallurgicalengineringMissouriUniversityofScienceTechnologyRollaMO654090330USA3.ResearchcentereHengyangPipeCompanyLtd.Hengyang421001China)Abstract:Accdingtotheactua

4、lhizontalcontinuouscastingtundishof15t￠120mmroundbilletthesystemofwatermodelwasestablishedbysimilarityratioof1:1.5theflowfieldinthelocalhizontalcontinuouscastingtundishwasexaminedTheeffectoftheapplicationofflowcontroldev

5、ice(damsturbulenceinhibit)ontheflowbehaviinthehizontalwasstudied..Keywds:HizontalContinuousCastingTundishWaterModelling，F(xiàn)lowControlDevice1前言隨著中間包冶金技術(shù)的的發(fā)展和完善，中間包不僅把鋼水均勻分配給各個(gè)結(jié)晶器和實(shí)現(xiàn)多爐連澆，而且承擔(dān)了越來(lái)越多的精煉功能。凈化鋼水去除鋼水中的夾雜物以及防止鋼水二次氧

6、化是現(xiàn)代連鑄中間包的重要功能。中間包內(nèi)鋼水的流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)延長(zhǎng)鋼水在中間內(nèi)的停留時(shí)間、減少卷渣和改善夾雜物去除有重要作用，直接影響連鑄坯的質(zhì)量。水平連鑄與弧形連鑄在工藝上有很大差別，水平連鑄結(jié)晶器與中間包封閉地聯(lián)在一起，夾雜物只要隨鋼水進(jìn)入結(jié)晶器就會(huì)被凝固坯殼捕捉。因此，水平連鑄過(guò)程中，中間包是鋼液中夾雜物去除的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。與弧形連鑄機(jī)中間包相比，水平連鑄中間包的凈化鋼水的負(fù)擔(dān)更重，結(jié)構(gòu)上也差別很大。與弧形連鑄的中間包相比，水平連鑄的中

7、間包熔池較深，出口在側(cè)面、底部，因此內(nèi)部的鋼液流動(dòng)也弧形連鑄機(jī)中間包有很大的不同。關(guān)于水平連鑄中間包的鋼水流動(dòng)的研究90年代初期以前曾有過(guò)報(bào)道1)，而后由于水平連鑄機(jī)使用的減少，相關(guān)的研究不再多見(jiàn)，而關(guān)于弧形連鑄過(guò)程中間包的研究一直比較多29)。衡陽(yáng)鋼管公司多年以來(lái)一直使用水平連鑄澆注圓坯，用于石油鉆桿。本研究通過(guò)水力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)，研究了水平連鑄中間包內(nèi)安裝控流裝置（壩和湍流控制器）對(duì)鋼水流動(dòng)的影響。2實(shí)驗(yàn)方法本研究中，依據(jù)相似原理，在幾

8、何相似和動(dòng)力學(xué)相似（Froude準(zhǔn)數(shù)相似，F(xiàn)r=U2gL）的條件下，以模型與原型之間1:1.5的相似比（?＝0.67）水平連鑄中間包內(nèi)鋼水流動(dòng)的水模型研究33試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1原型中間包流場(chǎng)的評(píng)價(jià)各種方案的RTD曲線和停留時(shí)間的分析結(jié)果見(jiàn)圖3和表2。對(duì)于原型中間包，從原型的RTD曲線圖3(a)以及混合模型的結(jié)果表2可以看出：（1）滯止時(shí)間最短只有11S，即從示蹤劑加入到出口之間檢測(cè)到信號(hào)的間隔很短只有11s，形成了短路流（2）曲線變化

9、非常急劇，很快達(dá)到峰值然后又迅速減小。造成鋼液在中間包內(nèi)來(lái)不及混勻就從水口流出，鋼液在中間包的停留時(shí)間很短，不利于夾雜物的上??；另外由于鋼液沒(méi)有混合均勻，而在很短時(shí)間內(nèi)流出水口的鋼液的溫度相對(duì)較高，水口周圍的耐火材料承受的溫度不穩(wěn)定，導(dǎo)致水口周圍耐火材料的脫落。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)加入墨汁作示蹤劑，通過(guò)錄像來(lái)觀察中間包內(nèi)的流動(dòng)情況。這是一種非常直觀的研究流場(chǎng)的辦法，通過(guò)觀看錄像可以明確鋼水在中間包內(nèi)的流動(dòng)軌跡和死區(qū)的大小，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間墨汁不能擴(kuò)散

10、到的地方則為死區(qū)，原型中間包流場(chǎng)顯示錄像如圖4所示：通過(guò)第二張照片可以看到從水口流出的墨汁到達(dá)中間包底部后沿底向四周展開(kāi)，到第三張照片墨汁已到達(dá)四周并沿四壁上起，墨汁也到達(dá)了水口周圍，通過(guò)錄像能很清楚地看到墨汁沿中間包底部向四壁和水口流動(dòng)的速度相當(dāng)快，這勢(shì)必會(huì)造成對(duì)四周包壁和水口的沖刷，從最后兩張照片可以看出中間包內(nèi)的墨汁沒(méi)有全部擴(kuò)散均勻，在中間包的中上部的前部和后部有兩個(gè)區(qū)域仍是透明的，墨汁沒(méi)有擴(kuò)散進(jìn)去，這說(shuō)明有明顯的死區(qū)存在。010

11、02003004005006007000100200300400500600Relativeconductivity(?S.cm1)Time(s)iginalTunishUseingturblenceinhibit01002003004005006007000100200300400500600700Relativeconductivity(?S.cm1)Time(s)iginaltunishAddingdama)b)圖3RTD曲線曲線

12、:：a)原型中間包與加湍流控制器中間包原型中間包與加湍流控制器中間包b)原型中間包與加擋壩中間包原型中間包與加擋壩中間包Fig.3RTDcurvesmeasured:a)iginaltundishtundishwithaturbulenceinhibitb)iginaltundishtundishwithdams表2測(cè)量得到的停留時(shí)間測(cè)量得到的停留時(shí)間(s)和個(gè)流動(dòng)模式所占的體積分?jǐn)?shù)和個(gè)流動(dòng)模式所占的體積分?jǐn)?shù)(%)Table2Fluid