小方坯連鑄6流中間包結構優化水模型研究

第3 2卷第 5期 4 6 2 0 1 0年 9月 上海金屬 S HANGHAI METAI S Vo 1 ． 3 2，No ． 5 S e p t e mb e r ，2 01 0 小方坯連鑄 6流 中間包結構優化水模型研究 李 曉柄 崔懷周 陳偉慶 陸巧彤 曹長發 ( 1 ．北京科技大學冶金與生態工程學院 ， 北京 1 0 0 0 8 3 ； 2 ．青 島鋼鐵集團公司技術 中心 ) 【 摘要】 針對小方坯連鑄6流中間包， 采用模型與原型1 ： 3的相似比， 建立水模擬系統， 對 原型中間包內鋼液的流場分布進行評估， 并研 究了不同多孔擋墻及湍流器對 中間包內鋼液流動 特性的影響。結果表明， 使用湍流器能顯著降低鋼液的湍流強度， 減少對澆注區液面的沖刷。 湍流器與改進多孔擋墻( Q ) 組合效果最佳， 可以有效地改善中間包內流場分布， 促進夾雜物上 浮 ， 提 高鋼水的潔凈度。 【 關鍵詞】 連鑄 中間包 水模型 結構優化 W ATER M oDEL S TUDY oN S TRUCTURAL oPTI M I ZATI oN oF 6 ． S TRAND BI LLET CoNTI NUoUS CAS TI NG TUNDI S H L i X i a o b i n g C u i H u a i z h o u C h e n We i q i n g L u Q i a o t o n g C a o C h a n g f a ( 1 ． S c h o o l o f Me t a l l u r g i c a l a n d E c o l o g i c a l E n g i n e e r i n g ， U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e r i n g ； 2 ． T e c h n i c a l C e n t e r o f Q i n g d a o I r o n a n d S t e e l G r o u p C o ． ， L t d ． ) 【 A b s t r a c t 】 A c c o r d i n g t o t h e 6 - s t r a n d b i l l e t c o n t i n u o u s c a s t i n g t u n d i s h ， a 1 ： 3 w a te r m o d e l s y s t e m wa s e s t a b l i s h e d t o e x a mi n e t h e f l o w fie l d i n l o c a l t un d i s h，a n d t o s t ud y t h e e ff e c t s o f t u r b u· l e n c e i n hi bi t o r a n d p o r o u s b a f fl e o n t h e b e h a v i o r o f l i q u i d flo w i n t u nd i s h． Re s u l t s s h o we d t ha t t he t u r b u l e n c e i n t e ns i t y i n t u n d i s h o b v i o u s l y d e c r e a s e d b y u s i n g t u r b u l e n c e i n h i b i t o r ，a n d i t wa s a v a i l a b l e t o r e d u c e t h e e r o s i o n o n s u r f a c e o f t u n d i s h ．T h e i mp r o v e d p o r o u s b a ffle( Q)a n d t u r b u l e n c e i n h i b i t o r u s e d t o g e t h e r we r e o pt i ma l ，whi c h c o u l d c h a n g e t h e flu i d fl o w i n t u n di s h e ffic i e n t l y，i mp r o v e i n c l u— s i o n r e mo v a l a n d r a i s e s t e e l e l e a n l i n e s s ． 【 K e y Wo r d s 】 C o n t in u o u s C a s t i n g ， T u n d i s h ， Wa t e r M o d e l ， S t r u c tu r a l O p t i m i z a t i o n 連鑄 中間包是鋼水進 入結晶器之前 的最后 一 個冶金 反應 容器 ， 隨著對 鋼水質 量 的要 求越 來越高 ， 中間包 的作 用 已不 僅僅局 限于傳 統意 義上的存 儲 、 分流 、 連澆 和減壓 ， 正 向著促 進夾 雜物上浮 、 分離 、 變性處 理及對鋼水進行微合金 化 的精煉容器方 向發 展 I 2 。筆者 以 6流小方 坯連鑄 中間包 為研究對 象 ， 通過水 力學模 擬實 驗 ， 分析 中間包 內鋼液 的流場分 布， 來優化 中間 包內部結構， 改善流動狀態， 延長鋼液在中間包 內的停留時間 ， 促進非金屬夾 雜物上 浮去除 ， 以 提高鑄坯質量。 1 實驗原理 和方 法 1 ． 1 相 似 原理 水模擬實驗是以相似原理為基礎 ， 確定幾何 相似 比為 1 ： 3 。選用 F r o u d e 準數作為實驗 的確定 性準數 ， 據此可計算得到水模 擬實驗 中對應 于原 型鋼液流量的水流量。中間包原型的結構及主要 尺寸如圖 1 所示。 1 ． 2 實驗 方法 本實驗采用 “ 刺激． 響應” 實驗技術 。實驗 過程中待中間包流場穩定后 ， 在鋼包長水 口處脈 沖式注入一定量的飽和 K C 1 溶液 ， 由電導探頭測 作者簡介 ： 李 曉柄 ，女 ， 主要從事連鑄 中間包流場優化研究 ， E ma i l ： h a i l a n 0 0 5 7 @1 6 3 ． c o m 第 5期 李曉柄等 ： 小方坯連鑄 6流中間包結構優化水模型研究 4 7 量各流出口處 的電導率隨時間的變化規律 ， 達 到 指定時間后 ， 根據 電導率儀記錄的數據繪制各水 口的 R T D曲線進 行分析。考慮到 中問包 的對稱 性 ， 只需測 量一側 的三個水 口， 具體 為圖 1中的 1 、 2、 3流水 口。中間包 內流場采 用加 入 K Mn O 溶液的方法顯示 ， 用攝像機拍攝 中問包 內流體 的 流動過程。 圖 1 中間包原型結構及主要尺寸 中間包內流體流動可視 為由三個部分組成 ， 即活塞 區、 死區和全混區。K e m e n y提出的混合模 型、 S a h