炼钢中间包内钢液流动的水模拟试验

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1、中间包内钢液流动的水模拟试验1水模型的建立理论依据即相似原理。中包水模一般只考虑Fr数相等，Re处于同一自模化区（即第二自模化区Re＞104-105）。即：(Fr)模型=(Fr)原型Re模型＞104-105Re原型＞104-105(按板坯连铸机2000*250，拉速0.9m/min计算，Re原型和1/2尺寸的模型Re均在第二自模化区)一般取模型与实物的几何比例因子λ为1/2，由公式u2m/gLm=u2r/gLr可推导出液体流量比：Q液m/Q液r=umL2m/urL2r=λ5/2=0.177液体速度比：um/ur=λ1/2

2、=0.707模型与实际的吹气量比值可通过修正佛路德准数即Fr’来确定：Fr’=gug2/(l－g)/gL气体流速比：u气m/u气r={gr×(lm-gm)×Lm/[gm×(lr-gr)×Lr]}1/2=0.316气体流量比：Q气m/Q气r=(lm/Lr)2×(u气m/u气r)=0.079λ：水模型与实际钢包几何比例；m：模型；r：实际钢包；u：流体速度；g：重力加速度；L：特征长度；Q：液体流量；16：密度；模型与原型的各参数比见下表：液体密度（kg/m3）气体密度（kg/m3）几何比液体速度比气体速度比液体流量比气体流

3、量比模型1000（水）1.273（氮）0.50.7070.3160.1770.079实型7000（钢）1.783（氩）模型与原型主要参数计算结果见下表：项目原型模型中包入水口流速/（m/s）2.261.60工作液面高/(mm)1100550水口流量/(m3.h-1)274.779水口插入液面深/mm2001002试验方法本实验采用刺激—响应试验。其方法是：在中间包注入流处输入一个刺激信号（饱和KCL溶液），信号一般使用示踪剂来实现，然后在中包出口处测量该输入信号的输出，即所谓响应，从响应曲线得到流体在中包内的停留时间分布

4、（即RTD曲线）。主要测定仪器为：电导仪；流量计，示踪剂采用饱和的KCl溶液，计算机数据采集处理系统（见图1）。16图1DJ800导电率采集系统试验装置图如图2。图2实验装置图1—钢包；2—加示踪剂漏斗；3—阀门；4—中间包；5—塞棒；6—电导电极；7—流量计；8—电导仪；9—数据采集板；10—计算机数据处理终端；11—透气砖通过RTD曲线计算以下参数，反映中间包内流场流动情况滞止时间tp：中间包出口开始出现示踪剂时间。16平均停留时间ta：平均停留时间：或者中间包的流体流动的3部分的比例，即活塞流、死区和全混流的比例：

5、活塞区：其中tc为理论平均停留时间tc=VR/Q死区：全混流区：评价方法：和是与活塞区和死区体积分数密切相关。因此和是度量夹杂物上浮的重要指标，延长和有利于夹杂上浮。死区的体积分数大，中间包的有效流动空间利用率就低，夹杂物不易上浮，因此死区的体积分数越小越好。3流场显示试验用高锰酸钾溶液做显示剂，用摄相机进行拍摄，从而拍摄出流场的流动图相，通过流场显示实验可以比较直观地观察到中间包内流场的流动情况，本实验对以下几种工况进行了拍摄：没有吹气状况下，无湍流控制气状况下，正常工况下的流场流动状态。从拍摄的结果看，中间包不吹气时

6、，由于没有气幕挡墙向上的推动作用，导致流体在流过上挡墙下部经过气幕挡墙时，形成“短路流动”。钢包内钢水的停留时间缩短，减少夹杂物上浮机会。4油滴卷渣试验实验中采用了豆油来模拟精炼渣，因为豆油的黏度是比较大的，豆油与水的黏度比与渣钢的黏度比比较接近。通过观察吹气量对保护渣卷动情况，制定合适吹气量，有关油和水的物性参数见下表。参数钢液渣水豆油氩气氮气温度/℃16001400～15002020202016表面张力/（）1530～49072.2---密度/（）7×1033.5×1031×1030.8×1031.7841.25粘度

7、（）5300～5001.01325--本次实验采用的是工厂实际使用的透气砖进行实验，针对5种不同吹气量进行了对比分析（见组图3），吹气量：0.08m3/h吹气量：0.16m3/h吹气量：0.24m3/h吹气量：0.32m3/h16吹气量：0.42m3/h图3不同吹气量下的油层卷动情况试验液面的高度为550mm，油层的厚度为30mm左右。通过试验确定一个临界的吹气量，试验相关现象见下表:吹气量m3/h现象结论0.06出现“渣孔”，渣孔面积较小，吹气量不足以引起卷渣。未达到临界吹气量0.16“渣孔”面积扩大，但是由于豆油具有

8、的粘性，没有出现油滴破裂。未达到临界吹气量0.24渣孔面积进一步扩大，在靠近上挡墙一面油层破裂，但脱离油层的小油滴不多。达到临界吹气量0.32渣孔面积进一步扩大，透气砖两侧油层破裂严重，大量油滴离开油层。超过临界吹气量0.42靠近上档墙部位油层不能稳定存在，大量破碎油滴出现。超过临界吹气量在试验中我们观察到，随着吹气