中间包内夹杂物去除机理研究

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1、连铸中间包内夹杂物去除行为的物理模拟研究摘要通过选择乳状液滴模拟夹杂物和连铸中间包水模型实验，考察了控流装置、浇铸速度、夹杂物粒径对中间包内夹杂物去除行为的影响规律。结果表明：挡墙挡坝组合控流夹杂物去除效果最佳，中间包内强湍流区夹杂物的碰撞聚合以及向上和表面流速的增加是主因；中间包注流区加入抑湍器，虽然其流体流动特征发生改变，但对夹杂物去除率的影响并不显著；在较高的浇铸速度，单纯靠控流装置的优化已不能很好地改善夹杂物的去除效果。关键词连铸中间包，流体流动特征，夹杂物，水模型WATERMODELSTUDYONMECHANISMOFINCLU

2、SIONREMOVALINCONTINUOUSCASTINGTUNDISHZHANGShengjun,ZHUMiaoyongSchoolofMaterials&Metallurgy，NortheasternUniversity，Shengyang）ABSTRACTTheeffectsofflowcontroldevice,castingspeedofliquidsteelandinclusionsizeoninclusionremovalincontinuouscastingtundishwereinvestigatedbychoosin

3、gemulsiondropssimulatedasinclusionsinawatermodel.Theresultsshowthattheefficiencyofinclusionremovalintundishwithweiranddamsisrelativelyhighduetothecollisionandaggregationofinclusionsinhighturbulenceregionandtheimprovementofflowfieldintundish.Althoughthefluidflowhassomechan

4、geinpouringregionwithturbulenceinhibitorintundish,ithasnotsomucheffectontheefficiencyofinclusionremoval.Itseemstobedifficulttoimprovetheefficiencyofinclusionremovalonlybyoptimizingtheflowcontroldevicesintundishwithhighcastingspeedofliquidsteel.KEYWORDScontinuouscastingtun

5、dish,flowfiled,inclusion,watermodeling中间包作为连铸过程控制钢液清洁度的关键环节，在现代炼钢生产中扮演着日益重要的角色。为了充分利用中间包去除夹杂物的功能，国内外学者主要采用水模型通过加示踪剂测定RTD（ResidentTimeDistribution）曲线来优化中间包内的流场[7-10]，有的在水模型中以固体粒子模拟夹杂物考察其去除行为[7]，但这些工作均没有考虑夹杂物碰撞聚合这一重要的物理行为。最近，也有不少研究者采用数学模拟方法来研究中间包内夹杂物行为[1-6,11-17]，但由于在湍流碰撞模型

6、、碰撞概率模型等理论描述方面还没有获得实质性进展，所给出的结果也大多是定性的。本文采用乳状液滴来模拟夹杂物，在中间包水模型中尝试模拟夹杂物的碰撞聚合行为，并考察控流装置、浇铸速度以及夹杂物粒径对夹杂物去除的影响规律，分析影响的主要因素，对夹杂物的去除机理进行阐述。·9·1实验原理1.1几何相似本实验以某钢厂30t中间包为原型，确定模型和原型的几何相似比，主要参数见表1。表1原型和模型的主要参数（mm）TundishPrototypeModelTopBottomHeight4500×1373900×2753692×821738×164133

7、52671.2动力相似在中间包系统中水的流动主要是重力和惯性力起主导作用的湍流流动，只要保证模型和原型的整体Froude准数相等，就能保证它们的动力相似。由此计算出模型所对应于原型的体积流量，即（1）式中，和分别为模型和原型的流体体积流量，。1.3模拟介质的确定采用水模拟钢液，乳状液滴模拟夹杂物。对于中间包内夹杂物的模拟，Sahai和Emi提出[2]，模型与原型中夹杂物的尺寸与夹杂物密度及溶液密度存在着定量关系，即：（2）式中，R为半径，m；为密度，kg/m3；下标m和p分别代表模型和原型；下标inc、st和w分别代表夹杂物、钢液和水。由

8、式（2）可知，模型与原型的夹杂物密度不必严格满足相似第二定律要求，即模拟夹杂物与水的密度之比等于夹杂物与钢液的密度之比，也可以近似模拟实际钢液中夹杂物的运动行为。本实验采用一种无色、不溶于水、