1、水平連鑄中間包內(nèi)鋼水流動的水模型研究1水平連鑄中間包內(nèi)鋼水流動的水模型研究楊樹峰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；2.密蘇里科技大學(xué)冶金工程系，密蘇里州羅拉市65401，美國；3.衡陽鋼管公司技術(shù)中心衡陽421001，中國）摘要：依據(jù)實際?120mm圓坯水平連鑄過程中15t中間包原型，采用1:1.5的相似比建立了水模擬系統(tǒng)對原型中間包內(nèi)鋼液的流場進行了評估，并研究了中

2、間包控流裝置（壩和湍流控制器）對中間包內(nèi)鋼液流動特性影響。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結(jié)晶器和實現(xiàn)多爐連澆，而且承擔(dān)了越來越多的精煉功能。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)鋼水的流動狀態(tài)，對延長鋼水在中間內(nèi)的停留時間、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入結(jié)晶器就會被凝固坯殼捕捉。因此，水平連鑄過程中，中間包是鋼液中夾雜物去除的最后一個環(huán)節(jié)。與弧形連鑄機中間包相比，水平連鑄中間包的凈化鋼水的負擔(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)部的鋼液流動也弧形連鑄機中間包有很大的不同。關(guān)于水平連鑄中間包的鋼水流動的研究90年代初期以前曾有過報道1)，而后由于水平連鑄機使用的減少，相關(guān)的研究不再多見，而關(guān)于弧形連鑄過程中間包的研究一直比較多29)。衡陽鋼管公司多年以來一直使用水平連鑄澆注圓坯，用于石油鉆桿。本研究通過水力學(xué)模擬實驗，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）對鋼水流動的影響。2實驗方法本研究中，依據(jù)相似原理，在幾

8、何相似和動力學(xué)相似（Froude準數(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)鋼水流動的水模型研究33試驗結(jié)果與討論3.1原型中間包流場的評價各種方案的RTD曲線和停留時間的分析結(jié)果見圖3和表2。對于原型中間包，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）滯止時間最短只有11S，即從示蹤劑加入到出口之間檢測到信號的間隔很短只有11s，形成了短路流（2）曲線變化

9、非常急劇，很快達到峰值然后又迅速減小。造成鋼液在中間包內(nèi)來不及混勻就從水口流出，鋼液在中間包的停留時間很短，不利于夾雜物的上??；另外由于鋼液沒有混合均勻，而在很短時間內(nèi)流出水口的鋼液的溫度相對較高，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。本實驗通過加入墨汁作示蹤劑，通過錄像來觀察中間包內(nèi)的流動情況。這是一種非常直觀的研究流場的辦法，通過觀看錄像可以明確鋼水在中間包內(nèi)的流動軌跡和死區(qū)的大小，經(jīng)過較長時間墨汁不能擴散

10、到的地方則為死區(qū)，原型中間包流場顯示錄像如圖4所示：通過第二張照片可以看到從水口流出的墨汁到達中間包底部后沿底向四周展開，到第三張照片墨汁已到達四周并沿四壁上起，墨汁也到達了水口周圍，通過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的速度相當快，這勢必會造成對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)的墨汁沒有全部擴散均勻，在中間包的中上部的前部和后部有兩個區(qū)域仍是透明的，墨汁沒有擴散進去，這說明有明顯的死區(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測量得到的停留時間測量得到的停留時間(s)和個流動模式所占的體積分數(shù)和個流動模式所占的體積分數(shù)(%)Table2Fluid