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《武汉科技大学》 2001年
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六流中间包流场的数学物理模拟

唐继山  
【摘要】: 中间包冶金是连铸工艺过程中的重要环节,在中间包内设置控流装置,改善钢液的流动状态,有利于均匀钢液温度和促使非金属夹杂物上浮。数值计算和水模型实验是研究中间包内流体流动的有效办法。本文针对涟源钢铁公司六机六流连铸机的中间包内新鲜钢液分配不均、造成1、6流钢液温度偏低的现象,在中间包内安装不同控流装置,采用这两种方法对流场进行了研究。 数值计算选用K-ε双方程模型,在适体坐标系下将流场区域网格化,使用PIIOENICS软件进行计算,然后对其流场进行分析。在水模型实验中,本文利用相似原理建立了1:3的缩小比例模型,采用“刺激——响应”实验技术,使用KCl水溶液作为示踪剂,测定了各出水口处电压随时间变化的数据,经过放大、转换,作出RTD曲线,计算出钢液在中间包内的平均停留时间Ta,对中间包内的死区、活塞流和全混流的体积比率、不对称度、临界高度以及长水口内径的影响进行了解析,还采用了对流场染色的方法,进行观察、拍照,分析流场状态。综合数值计算和水模型实验结果,主要有以下结论: 1.中间包内必须设置合适的控流装置。无控流装置时,3#、4#水口山现明显的液体短路现象,模型中间包内钢液的平均停留时间Ta仅为234.4s。 2.A型和B型挡墙由于挡墙孔的分布不合理,不能或很少改善中间包的流场状况。如使用A型挡墙(见包次1)后,液体在模型中间包内的平均停留时间Ta=204.0s,与空包相比,还低30.4s,液体在各流间的最大平均停留时间差ΔT_(max)=80.8s,死区比率Vd%达53.7%,RTD曲线走势表现为陡升陡降;安装B型挡墙(见包次5)后,流场状况有一定的改善,但2#、3#水口处液体的响应时间Tr、峰值浓度时间Tp都小于10s,死区比率Vd%=30%,中间包的不对称度Y较大。 3.安装合适的C型和D型挡墙,可以大幅度改善流场状况。如包次47和50,液体在模型中间包内的平均停留时间Ta分别为348.0s和364.3s,超过5分钟,ΔT_(max)分别为25.8s和24.6s,低于34.6s,死 MQ 卜的比率m*、于20%,不时称应Y N小,!删山地充成了合同的要 二R。 4.在本丈验条个D。下,冲.*《郸积较大羽限水*内径放小邢能捉高液休 在小nl】包内的个均停R川仆11,有利于火杂物的卜浮排除。如D型挡 墙与C型D悄川比,冲击区容积助加了4.4%,D捉枷了4,7%,死 区的比)#fly低了 3.5%:在川liU的条仆下,tL水SI内径山 22mm峪 加到 361111,Tll叫o厂门%,V。I%JYI)JH了 0.5%。
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