53馬鋼板坯連鑄中間包流場(chǎng)的水力學(xué)模型研究1，7-22

1、1馬鋼常規(guī)板坯連鑄中間包流場(chǎng)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(chǎng)的物理模擬研究及應(yīng)用潘遠(yuǎn)望1、2尹國(guó)才2史向英2（1.安徽工業(yè)大學(xué)冶金與資源學(xué)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(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了9種中間包湍流控制器的實(shí)驗(yàn)方案，采用水力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型研究了中間包湍流控制器對(duì)馬鋼板坯連鑄中間包流體流動(dòng)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(dòng)特性平均停留時(shí)間增加

2、活塞流體積提高死區(qū)體積下降。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)踐表明，10＃湍流控制器的中間包流場(chǎng)較合理；采用10＃湍流控制器能改善中間包的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)，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(xiàng)特殊的爐外精煉技術(shù)是從熔煉到鑄坯這個(gè)生產(chǎn)流程中保

7、證鋼質(zhì)量?jī)?yōu)良的關(guān)鍵一環(huán)。從冶金反應(yīng)工程學(xué)的角度來看，鋼水在中間包中存在湍流流動(dòng)以及伴隨湍流流動(dòng)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(dòng)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(dòng)特性，提高夾雜物的去除率［1］。本文針對(duì)馬鋼常規(guī)板坯中間包進(jìn)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(yàn)原理和方案試驗(yàn)原理和方案21試驗(yàn)原理

8、試驗(yàn)原理本試驗(yàn)的主要理論基礎(chǔ)是相似三定理。模型與實(shí)型中液體流動(dòng)相似的基本條件是幾何相似和動(dòng)力相似[2]。為方便實(shí)驗(yàn)，選擇實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)型的幾何相似比例為0.3：1。試驗(yàn)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(zhǔn)數(shù)和Re準(zhǔn)數(shù)相等即可保證動(dòng)力相似。通過計(jì)算，原型實(shí)際流體流動(dòng)的Re準(zhǔn)數(shù)與水模型中流體流動(dòng)的Re準(zhǔn)數(shù)都超過10000，進(jìn)入第二自?；瘏^(qū)，因此只要保證Fr準(zhǔn)數(shù)相等，就可以保證原型和模型的動(dòng)力相似。模型與原型相關(guān)

9、參數(shù)對(duì)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(hào)），同時(shí)在中間包出水口處測(cè)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(shí)驗(yàn)號(hào)實(shí)際平均停留時(shí)間，S死區(qū)體積分?jǐn)?shù)活塞流體積分?jǐn)?shù)混合區(qū)體積分?jǐn)?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(yàn)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(gè)指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)方案?jìng)€(gè)指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)方案Table5Theoptimizedparameters表6優(yōu)化后的試驗(yàn)方案優(yōu)化后的試驗(yàn)方案crespondingtoeachofthe3indexes

11、.Table6Optimizedtestprograms指標(biāo)L1L2H1H2死區(qū)體積分?jǐn)?shù)1804533769活塞流體積分?jǐn)?shù)1804533769混合流體積分?jǐn)?shù)1804536769綜上分析，選擇設(shè)計(jì)10和11＃方案進(jìn)行流場(chǎng)拍照和數(shù)模試驗(yàn)。10＃和11＃方案如表6所示。3.2中間包流場(chǎng)分析中間包流場(chǎng)分析對(duì)10＃和11＃試驗(yàn)在鋼液注入口處加入黑墨水，然后用攝像機(jī)對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行拍攝。3.2.110＃試驗(yàn)方案的流場(chǎng)＃試驗(yàn)方案的流場(chǎng)10＃試驗(yàn)方案的流場(chǎng)圖

12、如下圖2所示。圖21010＃試驗(yàn)方案中間包流場(chǎng)圖＃試驗(yàn)方案中間包流場(chǎng)圖Figure2Photosofthetundishflowfieldin10#testprogram從圖3照片可以看到，鋼液從鋼包長(zhǎng)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(shí)間延長(zhǎng)，利于夾雜物的上浮和去除，無短路流產(chǎn)生，中間包流場(chǎng)較合理。3.2.211＃試驗(yàn)方案的流場(chǎng)＃試驗(yàn)方案的流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)號(hào)L1L2H1H210＃