工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 中间包等离子加热的物理模拟 王勇赵梦静杨树峰李京社张贯旭习小军 Physical simulation of tundish heated by plasma WANG Yong.ZHAO Meng-jing,YANG Shu-feng,LI Jing-she,ZHANG Guan-xu,XI Xiao-Jun 引用本文： 王勇，赵梦静，杨树峰，李京社，张贯旭，习小军.中间包等离子加热的物理模拟.工程科学学报，2020,42(S:68-75.doi: 10.13374j.issn2095-9389.2020.03.25.s16 WANG Yong.ZHAO Meng-jing,YANG Shu-feng.LI Jing-she,ZHANG Guan-xu,XI Xiao-Jun.Physical simulation of tundish heated by plasma[J].Chinese Journal of Engineering,2020,42(S):68-75.doi:10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.25.s16 在线阅读View online::htps:/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2020.03.25.sl6 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 钢中液态夹杂物聚并行为的数学物理模拟 Physical and numerical simulation of the coalescence of liquid inclusion particles in molten steel 工程科学学报.2019.41(10：1280htps:1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.11.02.001 COREX竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟 Physical simulation of the position and evolution process of dust accumulation in the bustle pipe of a COREX shaft furnace 工程科学学报.2018.40(3：349htps:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.03.011 长水口对连铸中间包钢液保护浇注作用的研究进展 Research progress on the role of ladle shroud in protecting molten steel during teeming in continuous-casting tundishes 工程科学学报.2020,42(8：939 https::/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.10.15.001 大型锻件坯料内裂纹愈合的物理模拟 Physical simulation of internal crack healing in a heavy-forged billet 工程科学学报.2017,3911：1674htps:oi.org10.13374.issn2095-9389.2017.11.010 铝电解槽废阴极炭块电热耦合处理过程数值模拟 Numerical simulation of electrothermal coupling process for spent cathode carbon block from aluminum electrolysis cell 工程科学学报.2020,42(6)：731 https::/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.06.10.002 液态夹杂与固态夹杂碰撞聚合的物理模拟和机理研究 Physical simulation and mechanism study of solid inclusion removed by liquid inclusions 工程科学学报.2017,392：196 https:1doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.02.005
中间包等离子加热的物理模拟 王勇 赵梦静 杨树峰 李京社 张贯旭 习小军 Physical simulation of tundish heated by plasma WANG Yong, ZHAO Meng-jing, YANG Shu-feng, LI Jing-she, ZHANG Guan-xu, XI Xiao-Jun 引用本文: 王勇, 赵梦静, 杨树峰, 李京社, 张贯旭, 习小军. 中间包等离子加热的物理模拟[J]. 工程科学学报, 2020, 42(S): 68-75. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.25.s16 WANG Yong, ZHAO Meng-jing, YANG Shu-feng, LI Jing-she, ZHANG Guan-xu, XI Xiao-Jun. Physical simulation of tundish heated by plasma[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(S): 68-75. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.25.s16 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.25.s16 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 钢中液态夹杂物聚并行为的数学物理模拟 Physical and numerical simulation of the coalescence of liquid inclusion particles in molten steel 工程科学学报. 2019, 41(10): 1280 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.02.001 COREX竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟 Physical simulation of the position and evolution process of dust accumulation in the bustle pipe of a COREX shaft furnace 工程科学学报. 2018, 40(3): 349 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.03.011 长水口对连铸中间包钢液保护浇注作用的研究进展 Research progress on the role of ladle shroud in protecting molten steel during teeming in continuous-casting tundishes 工程科学学报. 2020, 42(8): 939 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.15.001 大型锻件坯料内裂纹愈合的物理模拟 Physical simulation of internal crack healing in a heavy-forged billet 工程科学学报. 2017, 39(11): 1674 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.11.010 铝电解槽废阴极炭块电热耦合处理过程数值模拟 Numerical simulation of electrothermal coupling process for spent cathode carbon block from aluminum electrolysis cell 工程科学学报. 2020, 42(6): 731 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.10.002 液态夹杂与固态夹杂碰撞聚合的物理模拟和机理研究 Physical simulation and mechanism study of solid inclusion removed by liquid inclusions 工程科学学报. 2017, 39(2): 196 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.02.005
工程科学学报.第42卷.增刊1：68-75.2020年12月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,Suppl.1:68-75,December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.25.s16;http://cje.ustb.edu.cn 中间包等离子加热的物理模拟 王 勇，2，赵梦静2，杨树峰1,2四，李京社，2)，张贯旭2)，习小军1,2 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)北京科技大学高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:yangshufeng @ustb.edu.cn 摘要为了提高实际生产中中间包等离子加热热效率，改善中间包内钢液流动状态，本文根据某钢厂中间包原型，通过物 理模拟对比研究了有无等离子加热和不同等离子加热位置下中间包内温度场和流场的变化情况.研究结果表明，在无等离 子加热条件下，中间包内死区比例较高，达到了36%，死区主要集中在中间包挡墙外侧上部区域：当加热位置位于挡墙外侧 时，中间包内死区比例与不加热时相差不大，靠近加热位置处的温度急剧上升，挡墙内外两侧的温度差较大，中间包内整体温 度分布不均匀：加热位置位于挡墙内侧时，中间包死区比例明显降低，达到29.2%，平均停留时间约增加57s.出水口温度明显 上升（约7℃），中间包内温度分布更均匀. 关键词中间包；等离子加热；物理模拟；温度分布；死区比例 分类号T℉777 Physical simulation of tundish heated by plasma WANG Yong2),ZHAO Meng-jing2).YANG Shu-feng LI Jing-she2)ZHANG Guan-xu2),XI Xiao-Jun2) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Key Laboratory of Special Melting and Preparation of High-End Metal Materials,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:yangshufeng @ustb.edu.cn ABSTRACT This study proposes a model to increase the heating efficiency of tundish plasma heating and improve the flow of molten steel in a tundish during production.A physical model was simulated based on the tundish prototype of a steel plant,and the temperature field and flow field of molten steel in the tundish with and without plasma heating at different plasma heating positions were analyzed. The research results showed that in the tundish without plasma heating,the proportion of the dead zone was high,reaching 36%. Moreover,the dead zone was mainly concentrated in the upper area outside the weir in the tundish.When the heating position was located outside the weir,it was found that there was little difference in the proportion of the dead zone between the tundish with and without plasma heating.The temperature near the heating position increased sharply,and the temperature difference of molten metal between the inside and outside of the weir was large.Moreover,the overall temperature distribution in the tundish was not uniform. When the heating position was located inside the weir,the proportion of the dead zone significantly decreased,reaching 29.2%.Further, the average residence time increased by about 57s.The temperature of the outlet of the tundish increased significantly (about 7 C),and the temperature distribution in the tundish was uniform. KEY WORDS tundish;plasma heating;physical simulation;temperature distribution;proportion of the dead zone 连铸是钢铁生产的一个重要环节，合适并且 行具有重要意义.然而在整个连铸过程中，中间 稳定的钢液温度对保持连铸工序的正常和稳定运 包存在不同程度的热损失，特别是浇铸初期、钢包 收稿日期：2020-03-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目(52074030,51734003)
中间包等离子加热的物理模拟 王 勇1,2)，赵梦静1,2)，杨树峰1,2) 苣，李京社1,2)，张贯旭1,2)，习小军1,2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 北京科技大学高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室，北京 100083 苣通信作者，E-mail：yangshufeng@ustb.edu.cn 摘 要 为了提高实际生产中中间包等离子加热热效率，改善中间包内钢液流动状态，本文根据某钢厂中间包原型，通过物 理模拟对比研究了有无等离子加热和不同等离子加热位置下中间包内温度场和流场的变化情况. 研究结果表明，在无等离 子加热条件下，中间包内死区比例较高，达到了 36%，死区主要集中在中间包挡墙外侧上部区域；当加热位置位于挡墙外侧 时，中间包内死区比例与不加热时相差不大，靠近加热位置处的温度急剧上升，挡墙内外两侧的温度差较大，中间包内整体温 度分布不均匀；加热位置位于挡墙内侧时，中间包死区比例明显降低，达到 29.2%，平均停留时间约增加 57 s，出水口温度明显 上升（约 7 ℃），中间包内温度分布更均匀. 关键词 中间包；等离子加热；物理模拟；温度分布；死区比例 分类号 TF777 Physical simulation of tundish heated by plasma WANG Yong1,2) ，ZHAO Meng-jing1,2) ，YANG Shu-feng1,2) 苣 ，LI Jing-she1,2) ，ZHANG Guan-xu1,2) ，XI Xiao-Jun1,2) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Beijing Key Laboratory of Special Melting and Preparation of High-End Metal Materials, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: yangshufeng@ustb.edu.cn ABSTRACT This study proposes a model to increase the heating efficiency of tundish plasma heating and improve the flow of molten steel in a tundish during production. A physical model was simulated based on the tundish prototype of a steel plant, and the temperature field and flow field of molten steel in the tundish with and without plasma heating at different plasma heating positions were analyzed. The research results showed that in the tundish without plasma heating, the proportion of the dead zone was high, reaching 36%. Moreover, the dead zone was mainly concentrated in the upper area outside the weir in the tundish. When the heating position was located outside the weir, it was found that there was little difference in the proportion of the dead zone between the tundish with and without plasma heating. The temperature near the heating position increased sharply, and the temperature difference of molten metal between the inside and outside of the weir was large. Moreover, the overall temperature distribution in the tundish was not uniform. When the heating position was located inside the weir, the proportion of the dead zone significantly decreased, reaching 29.2%. Further, the average residence time increased by about 57 s. The temperature of the outlet of the tundish increased significantly (about 7 ℃), and the temperature distribution in the tundish was uniform. KEY WORDS tundish；plasma heating；physical simulation；temperature distribution；proportion of the dead zone 连铸是钢铁生产的一个重要环节，合适并且 稳定的钢液温度对保持连铸工序的正常和稳定运 行具有重要意义[1–2] . 然而在整个连铸过程中，中间 包存在不同程度的热损失，特别是浇铸初期、钢包 收稿日期: 2020−03−25 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（52074030, 51734003） 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1：68−75，2020 年 12 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, Suppl. 1: 68−75, December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.25.s16; http://cje.ustb.edu.cn
王勇等：中间包等离子加热的物理模拟 69 交换和浇铸末期等非正常浇铸期，都不可避免地 (a) InletHeating position 产生较大的温降)控制中间包的钢水温度或过 热度是提高生产率、改善凝固组织、提高产品质 量最有效的方法之一.因此，中间包内的温度控制 成为提高铸坯质量的一个关键环节.借助外部热 源补偿中间包钢水温降、精确控制最佳过热度的 Turbulence inhibitor 九tet 方法也越来越受到人们重视-剧 (b) 中间包加热技术有很多种形式，其中包括电 弧、电渣、等离子和感应加热等以等离子加热 技术能量集中，温度高、加热响应快，能将中间包 钢水的目标温度控制在±5℃范围内，可以直接加 热，调节方便、易于操作、对钢水清洁无污染，逐 图1中间包结构图.(a)整体结构：(b)主视图 渐受到研究者们的关注（目前国内对于如何 Fig.1 Tundish structure:(a)overall structure;(b)main view 优化中间包等离子加热技术，提高其加热效率的 Fr的定义： 研究较少，因此有必要对中间包等离子加热进行 2 Fr= (2) 模拟研究.中间包内温度场和流场的变化通常可 8L 以采用物理模拟-0的方法进行研究，刘崇林等2四 式中，u为特征流速，ms；g为重力加速度，ms2; 采用水模拟的方法对不同控流装置下中间包内的 L为特征尺寸，m 流场进行分析，发现采用组合挡坝结构能明显减 中间包模型与原型之间各物理参数的关系： 少死区比例，优化中间包内部流场.吴光辉等2运 Lm/L =A=0.25 (3) 用水模拟实验，从改变通道结构和内部控流装置 4m/4=0.5=0.5 (4) 角度解决了通道式感应加热7流中间包各流一致 式中，入为几何相似比 性差的问题.本文以某厂双流板坯中间包为研究对 从中间包到结晶器的流量： 象，采用物理模拟研究有无等离子加热和不同等 品m (5 离子加热位置对中间包内部流场及其温度场的变 Qm=元4 化情况，得到该中间包的最优加热位置，可为中间 4 Q=π (6) 包等离子加热的工业实践提供理论参考和指导. 4 1实验 由以上两式之比得： 2m=1250r (7) 1.1实验原理 物理模型模拟钢液流动的特征参数如表2所 中间包结构图如图1所示，根据相似原理等比 示，根据铸坯断面以及拉速确定中间包原型的水 例缩小中间包原型，相似比为1：4，由此可以得到 口流量，然后根据相似原理计算出模型所需流量， 实验模型的中间包主要参数，表1为中间包原型 通过控制模型流量实现与实际拉速相近的目的. 和有机玻璃模型的主要参数， 按1=1/4得到模型的有效容积Vm=100.7L,则当 保证湍流流动范围的原型与模型相似只要保 Qm=3.68Lmin时，模型的理论平均停留时间理论为： 证Fr相等即可： Vm100.7 Frm=Fr (1) 理论 20m2x3.68×60=821s (8) 式中，m为模型参数，r为原型参数 式中，'m为模型的有效容积，L 表1中间包原型与模型的主要参数 Table 1 Main parameters of tundish prototype and model mm Bottom Bottom Inlet Working liquid Classification Top Top Height Surface height Insertion depth width width length length diameter ofoverflow of long nozzle level height Prototype 1405 857 6621 6073 90.0 1555 1215 250.0 1115 Water model 351 214 1655 1518 22.5 389 304 62.5 279
交换和浇铸末期等非正常浇铸期，都不可避免地 产生较大的温降[3–6] . 控制中间包的钢水温度或过 热度是提高生产率、改善凝固组织、提高产品质 量最有效的方法之一. 因此，中间包内的温度控制 成为提高铸坯质量的一个关键环节. 借助外部热 源补偿中间包钢水温降、精确控制最佳过热度的 方法也越来越受到人们重视[7–8] . 中间包加热技术有很多种形式，其中包括电 弧、电渣、等离子和感应加热等[9–12] . 等离子加热 技术能量集中，温度高、加热响应快，能将中间包 钢水的目标温度控制在±5 ℃ 范围内，可以直接加 热，调节方便、易于操作、对钢水清洁无污染，逐 渐受到研究者们的关注[13–16] . 目前国内对于如何 优化中间包等离子加热技术，提高其加热效率的 研究较少，因此有必要对中间包等离子加热进行 模拟研究. 中间包内温度场和流场的变化通常可 以采用物理模拟[17–20] 的方法进行研究，刘崇林等[21] 采用水模拟的方法对不同控流装置下中间包内的 流场进行分析，发现采用组合挡坝结构能明显减 少死区比例，优化中间包内部流场. 吴光辉等[22] 运 用水模拟实验，从改变通道结构和内部控流装置 角度解决了通道式感应加热 7 流中间包各流一致 性差的问题. 本文以某厂双流板坯中间包为研究对 象，采用物理模拟研究有无等离子加热和不同等 离子加热位置对中间包内部流场及其温度场的变 化情况，得到该中间包的最优加热位置，可为中间 包等离子加热的工业实践提供理论参考和指导. 1 实验 1.1 实验原理 中间包结构图如图 1 所示，根据相似原理等比 例缩小中间包原型，相似比为 1 : 4，由此可以得到 实验模型的中间包主要参数，表 1 为中间包原型 和有机玻璃模型的主要参数. Fr 保证湍流流动范围的原型与模型相似只要保 证 相等即可： Frm=Frr （1） 式中，m 为模型参数，r 为原型参数. Fr 的定义： Fr = u 2 gL （2） 式中，u 为特征流速，m·s−1 ；g 为重力加速度，m·s−2 ； L 为特征尺寸，m. 中间包模型与原型之间各物理参数的关系: Lm/Lr = λ = 0.25 （3） um/ur = λ 0.5 = 0.5 （4） 式中， λ 为几何相似比. 从中间包到结晶器的流量： Qm = π L 2 mum 4 （5） Qr = π L 2 r ur 4 （6） 由以上两式之比得： Qm = λ 2.5Qr （7） 物理模型模拟钢液流动的特征参数如表 2 所 示，根据铸坯断面以及拉速确定中间包原型的水 口流量，然后根据相似原理计算出模型所需流量， 通过控制模型流量实现与实际拉速相近的目的. Qm 按 λ=1/4 得到模型的有效容积 Vm=100.7 L，则当 =3.68 L·min−1 时，模型的理论平均停留时间 t理论为： t理论 = Vm 2Qm = 100.7 2×3.68 ×60 = 821 s （8） 式中，Vm 为模型的有效容积，L. Inlet Heating position (a) Weir Dam Turbulence inhibitor Outlet (b) 图 1 中间包结构图. （a）整体结构；（b）主视图 Fig.1 Tundish structure: (a) overall structure; (b) main view 表 1 中间包原型与模型的主要参数 Table 1 Main parameters of tundish prototype and model mm Classification Top width Bottom width Top length Bottom length Inlet diameter Height Surface height of overflow Insertion depth of long nozzle Working liquid level height Prototype 1405 857 6621 6073 90.0 1555 1215 250.0 1115 Water model 351 214 1655 1518 22.5 389 304 62.5 279 王 勇等： 中间包等离子加热的物理模拟 · 69 ·
70 工程科学学报.第42卷，增刊1 表2主要工艺参数及流量 加热效率取60%.模型中输人的能量由输入的饱 Table 2 Main process parameters and flow rate 和蒸汽的焓和其质量流量计算得到，如下式所示， Slab section/mm2 Casting speed/(mmin)/(Lmin)/(Lmin) 蒸汽质量流量取6kgh,通过计算得到模型与原 210×700 0.8 117.6 3.68 型的等离子加热数相差不大，可以保证模型蒸汽 加热与原型等离子加热之间的相似性] 本实验采用的是高温水蒸气模拟等离子气体 9=0.73HW (10) 进行加热.为了保证水模型中的蒸汽加热和中间 包等离子加热的相似性，建立实际过程等离子加 式中，0.73为蒸汽热量的利用率，H为饱和蒸汽的 热功率和水模拟实验中功率之间的关系，提出了 焓，W为蒸汽的质量流量 量纲一的等离子加热数4.其中应考虑流体的性 1.2实验设备 质以及中间包的几何因素，如模型或中间包中流 本实验模拟系统由上水系统、示踪剂加人系 体黏度，被加热区域面积和流体深度等，如下式所 统、数据采集系统和排水系统四部分组成，具体包 示.保证模型和原型的等离子加热数相同或相近 括大包、有机玻璃中间包模型、长水口、中间包内 即可保证加热的相似) 控流装置（湍流抑制器、挡墙等）、示踪剂加入装 NPH aLD 置、电导探头、电导率仪、蒸汽发生器和数据记录 Augdr vav (9) 仪(DJ800数据采集系统、温度记录仪)等，装置示 式中，N阳为量纲一的等离子加热数，表征的是热 意如图2. 量传递的能力与整个系统热量传递的阻力之比： 本实验利用高温蒸汽发生器产生的高温高压 q为输人的能量，W;A为加热区域面积，m子；μ为黏 水蒸气模拟实际生产中的高温等离子加热钢水 度，kgms;d为中间包液体深度，m;a为流体 其中，在高温蒸汽出口安装质量流量计监测高温 热扩散系数，m2s；LD为加热区域长度，m;vav为 蒸汽的质量流量和温度.利用电导率仪和DJ800 流体平均流速，ms 数据采集系统监测测量中间包内电导率变化情 模型与原型的等离子加热数以及所需要的参 况，以评价中间包内流场变化.本实验中，在中间 数如表3所示，原型中，等离子加热功率取500kW, 包内不同位置安装T型热电偶来测量中间包内温 表3模型与原型的等离子加热参数 Table3 Plasma heating parameters of model and prototype Power Classification Heating zone Viscosity/ Depth/ Thermal diffusivity/Heating zone Average velocity of Plasma heating input/W area/m2 (kg-m.s) (m2.s-) length/m liquid/(m-s) number Model 3354 0.018 0.001 0.279 1.43×107 0.110 0.035 44773.1 Prototype 300000 0.300 0.006 1.115 7.7×107 0.600 0.045 44901.4 Water supply Steam generator Ladle Temperature recorder Tracer injection Doint Tundish Thermocouple Computer model DJ800 data collection Conductivity system meter 图2实验设备示意图 Fig.2 Schematic diagram of experimental equipment
本实验采用的是高温水蒸气模拟等离子气体 进行加热. 为了保证水模型中的蒸汽加热和中间 包等离子加热的相似性，建立实际过程等离子加 热功率和水模拟实验中功率之间的关系，提出了 量纲一的等离子加热数[14] . 其中应考虑流体的性 质以及中间包的几何因素，如模型或中间包中流 体黏度，被加热区域面积和流体深度等，如下式所 示. 保证模型和原型的等离子加热数相同或相近 即可保证加热的相似[23] . NPH = q Aµgdf √ αLD νav （9） 式中，NPH 为量纲一的等离子加热数，表征的是热 量传递的能力与整个系统热量传递的阻力之比； q 为输入的能量，W；A 为加热区域面积，m 2 ；μ 为黏 度 ，kg·m−1·s−1 ；df 为中间包液体深度，m；α 为流体 热扩散系数，m 2 ·s−1 ；LD 为加热区域长度，m；vav 为 流体平均流速，m·s−1 . 模型与原型的等离子加热数以及所需要的参 数如表 3 所示，原型中，等离子加热功率取 500 kW， 加热效率取 60%. 模型中输入的能量由输入的饱 和蒸汽的焓和其质量流量计算得到，如下式所示， 蒸汽质量流量取 6 kg·h−1，通过计算得到模型与原 型的等离子加热数相差不大，可以保证模型蒸汽 加热与原型等离子加热之间的相似性[23] . q = 0.73HW （10） 式中，0.73 为蒸汽热量的利用率，H 为饱和蒸汽的 焓，W 为蒸汽的质量流量. 1.2 实验设备 本实验模拟系统由上水系统、示踪剂加入系 统、数据采集系统和排水系统四部分组成，具体包 括大包、有机玻璃中间包模型、长水口、中间包内 控流装置（湍流抑制器、挡墙等）、示踪剂加入装 置、电导探头、电导率仪、蒸汽发生器和数据记录 仪（DJ800 数据采集系统、温度记录仪）等，装置示 意如图 2. 本实验利用高温蒸汽发生器产生的高温高压 水蒸气模拟实际生产中的高温等离子加热钢水. 其中，在高温蒸汽出口安装质量流量计监测高温 蒸汽的质量流量和温度. 利用电导率仪和 DJ800 数据采集系统监测测量中间包内电导率变化情 况，以评价中间包内流场变化. 本实验中，在中间 包内不同位置安装 T 型热电偶来测量中间包内温 Water supply Steam generator Ladle Temperature recorder Tracer injection point Tundish Computer model Thermocouple DJ800 data collection Conductivity system meter 图 2 实验设备示意图 Fig.2 Schematic diagram of experimental equipment 表 2 主要工艺参数及流量 Table 2 Main process parameters and flow rate Slab section/mm2 Casting speed/(m·min−1) Qr /(L·min−1) Qm/(L·min−1) 210×700 0.8 117.6 3.68 表 3 模型与原型的等离子加热参数 Table 3 Plasma heating parameters of model and prototype Classification Power input/W Heating zone area/m2 Viscosity/ (kg·m−1·s−1) Depth/ m Thermal diffusivity/ (m2 ·s−1) Heating zone length /m Average velocity of liquid / (m·s−1) Plasma heating number Model 3354 0.018 0.001 0.279 1.43×10−7 0.110 0.035 44773.1 Prototype 300000 0.300 0.006 1.115 7.7×10−7 0.600 0.045 44901.4 · 70 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1
王勇等：中间包等离子加热的物理模拟 .71· 度分布情况，并通过无纸记录仪对中间包内的温 1#和2#测温点位于中间包两个出口处，3#和4#测 度变化进行实时监测 温点位于中间包两个挡墙底部，5#测温点位于出 1.3实验方案 水口上部，其中每隔20s采集一次温度数据，连续 本实验在中间包两个不同位置进行加热，其 采集45min. 中两侧加热位置对称.A1方案，加热位置距离中 实验时首先在大包中注水，待大包中水达到一 间包中心225mm(挡墙内侧)，如图3所示.A2方 定液面高度时，打开大包长水口阀门向中间包中 案，加热位置距离中间包中心522.5mm(挡墙外 注水.待中间包内水达到工作液面时，将两个出水 侧)，如图4所示.每个位置处输入相同的蒸汽流 口阀门打开，并将两个出水口流量调节至3.68Lmin, 量，以表征不同加热位置对流场及温度场的影响. 然后调节钢包长水口的阀门使中间包液面稳定在 具体实验方案如表4所示.为保证准确性，每组实 工作液面处.待工作液面稳定后，开启蒸汽发生器 验方案至少重复三次 向中间包内吹入高温水蒸汽同时开始记录温度数 本实验使用的高温水蒸气为0.6MPa下的饱 据.5min后，在长水口入口处加入100mL饱和 和高温水蒸气，蒸汽温度约为150~158℃，其中蒸 KCI溶液，同时开启DJ8O0数据采集系统监测出水 汽出口位置距离工作液面为50mm,加热时间为 口电导率变化(40min).再过5min后，停止吹入 10min,测温位置分别为挡墙位置处和出水口位置 高温水蒸汽.流场显示实验中，在加热5min后加 处，以评价中间包横向温度分布情况，同时在挡墙 入100mL高锰酸钾溶液，同时开启摄像仪，待高 位置或者出水口位置处的不同液面深度处测温， 锰酸钾溶液充满整个中间包时，停止摄像 以表征中间包纵向方向上温度分布情况.不同位 2实验结果与分析 置处的测温方案如图3和4所示.加热位置在中 间包挡墙内侧时，1#和2#测温点位于中间包两个 2.1 RTD曲线分析 出口处，3#和4#测温点位于中间包两个挡墙底部， 采用刺激-响应的方法测定中间包内的流场 5#测温点位于挡墙中部.加热位置在挡墙外侧时， 情况，加入100mL的饱和KC1溶液作为示踪剂， Temperature measurement (different positions and depths)Heating Temperature measurement (different positions and depths) Dosition Work surface 图3A1测温方案示意图 Fig.3 Schematic diagram of temperature measurement in scheme Al Temperature measurement Temperature measurement (different positions and depths) Heating (different positions and depths) position ork surface 图4A2测温方案示意图 Fig.4 Schematic diagram of temperature measurement in scheme A2
度分布情况，并通过无纸记录仪对中间包内的温 度变化进行实时监测. 1.3 实验方案 本实验在中间包两个不同位置进行加热，其 中两侧加热位置对称. A1 方案，加热位置距离中 间包中心 225 mm（挡墙内侧），如图 3 所示. A2 方 案，加热位置距离中间包中心 522.5 mm（挡墙外 侧），如图 4 所示. 每个位置处输入相同的蒸汽流 量，以表征不同加热位置对流场及温度场的影响. 具体实验方案如表 4 所示. 为保证准确性，每组实 验方案至少重复三次. 本实验使用的高温水蒸气为 0.6 MPa 下的饱 和高温水蒸气，蒸汽温度约为 150～158 ℃，其中蒸 汽出口位置距离工作液面为 50 mm，加热时间为 10 min，测温位置分别为挡墙位置处和出水口位置 处，以评价中间包横向温度分布情况，同时在挡墙 位置或者出水口位置处的不同液面深度处测温， 以表征中间包纵向方向上温度分布情况. 不同位 置处的测温方案如图 3 和 4 所示. 加热位置在中 间包挡墙内侧时，1#和 2#测温点位于中间包两个 出口处，3#和 4#测温点位于中间包两个挡墙底部， 5#测温点位于挡墙中部. 加热位置在挡墙外侧时， 1#和 2#测温点位于中间包两个出口处，3#和 4#测 温点位于中间包两个挡墙底部，5#测温点位于出 水口上部，其中每隔 20 s 采集一次温度数据，连续 采集 45 min. 实验时首先在大包中注水，待大包中水达到一 定液面高度时，打开大包长水口阀门向中间包中 注水. 待中间包内水达到工作液面时，将两个出水 口阀门打开，并将两个出水口流量调节至 3.68 L·min−1 ， 然后调节钢包长水口的阀门使中间包液面稳定在 工作液面处. 待工作液面稳定后，开启蒸汽发生器 向中间包内吹入高温水蒸汽同时开始记录温度数 据. 5 min 后，在长水口入口处加入 100 mL 饱和 KCl 溶液，同时开启 DJ800 数据采集系统监测出水 口电导率变化（40 min）. 再过 5 min 后，停止吹入 高温水蒸汽. 流场显示实验中，在加热 5 min 后加 入 100 mL 高锰酸钾溶液，同时开启摄像仪，待高 锰酸钾溶液充满整个中间包时，停止摄像. 2 实验结果与分析 2.1 RTD 曲线分析 采用刺激−响应的方法测定中间包内的流场 情况，加入 100 mL 的饱和 KCl 溶液作为示踪剂， Temperature measurement (different positions and depths) Temperature measurement (different positions and depths) Heating position 5# Work surface 3# 1# 4# 2# 图 3 A1 测温方案示意图 Fig.3 Schematic diagram of temperature measurement in scheme A1 Temperature measurement (different positions and depths) Temperature measurement (different positions and depths) Heating position 5# Work surface 3# 1# 4# 2# 图 4 A2 测温方案示意图 Fig.4 Schematic diagram of temperature measurement in scheme A2 王 勇等： 中间包等离子加热的物理模拟 · 71 ·
72 工程科学学报.第42卷，增刊1 表4中间包等离子加热水模拟实验方案 图6可以明显看出，流体从长水口出来之后，由于 Table 4 Experimental schemes of tundish plasma heating in water 湍流抑制器的作用，流体分别向两侧和上方运动， simulation 首先充满中间包挡墙内部.经过一段时间后，流体 Scheme Heating position Steam flow rate/(kg h) 流经挡墙和挡坝位置处，并直接向中间包出水口 A0(Non plasma heating) 方向处流动.待高锰酸钾溶液充满整个中间包后， A1 Inside of weir 6 发现两侧出水口上方并没有被染色，说明该区域 A2 outside of weir 6 流体流动不活跃，存在死区 加热位置位于挡墙内侧时流场情况如图7所 监测中间包各流的电导率，并绘制RTD(Residence 示.从图中可以看出，该方案下流体的运动及扩散 time distribution)曲线.通过RTD曲线计算中间包 轨迹与不加热时明显不同.该方案下的高锰酸钾 各流的平均停留时间、滞止时间、峰值时间以及 流体流经挡墙之后转而向上部运动，然后从上而 中间包的死区、活塞区、全混区的比例.各方案 下逐渐充满整个中间包.与方案A0相比，出水口 RTD曲线如图5所示. 上部的死区消除，流体流过的距离更长，所以滞止 从表5中可以看出，当加热位置位于挡墙内侧 时间和峰值时间会相对增加，这有利于中间包内 时，相对于不加热的情况下，滞止时间有所增加， 夹杂物的上浮.该方案下流体轨迹改变的原因主 峰值时间大幅上升，死区比例下降明显，活塞区比 要是高温水蒸汽加热的位置位于中间包挡墙内 例大幅增加，全混区比例有所下降，中间包内流场 侧，中间部分的流体首先被加热，而外侧的流体并 得到较好改善.当加热位置位于挡墙外侧时，滞止 没有被加热，这就造成了温度差异.而温度较高的 时间减小，这可能是由于挡墙外侧的水在高温水 流体密度会更小一些，所以当流体流过挡墙后由 蒸气的冲击作用一直处于无规则流动状态，从而 于其浮力作用大于惯性力进而形成上升流.当加 加快了流体经过挡墙之后到达出水口的时间；此 热位置位于挡墙内侧时，挡墙外侧区域上部先升 外，平均停留时间有所下降，但是死区比例却有所 温，然后自上而下温度逐渐升高 上升 加热位置位于挡墙外侧时的流场分布如图8 2.2流场分布 所示.流体经过挡坝后顺着挡坝壁流向中间包底 利用高锰酸钾溶液作为示踪剂可以比较清楚 部，然后向中间包出口方向流动.同时，高锰酸钾 地观察到流体在中间包模型中的流动情况，不加 溶液也会向中间包外侧上部扩散.待充满整个中 热情况下即A0方案下的流场分布如图6所示.从 间包后，发现挡墙外侧上部颜色明显比下部浅，说 312 81.8 0 1.6 (b) ⊙ 0.8 0.8 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0.51.01.52.0 80 0 2.5 3.0 0 0.51.01.52.02.5 3.0 0.51.01.52.02.53.0 Dimensionless time Dimensionless time Dimensionless time 图5不同实验方案下的RTD曲线.(a)方案A0:(b)方案A1:(c)方案A2 Fig.5 RTD curve under different schemes:(a)scheme A0:(b)scheme Al:(c)scheme A2 表5不同实验方案的流体流动特征参数 Table 5 Flow characteristic parameters of fluid in different schemes Volume fraction / Scheme Stagnation time /s Peak time/s Average residence time/s Dead volume fraction Dispersed plug volume fraction Well-mixed volume fraction A0 58.0 120.7 528.0 36.0 10.8 53.2 Al 127.7 362.0 584.7 29.2 29.6 41.1 A2 34.3 316.7 477.0 42.2 21.2 36.5
监测中间包各流的电导率，并绘制 RTD（Residence time distribution）曲线. 通过 RTD 曲线计算中间包 各流的平均停留时间、滞止时间、峰值时间以及 中间包的死区、活塞区、全混区的比例. 各方案 RTD 曲线如图 5 所示. 从表 5 中可以看出，当加热位置位于挡墙内侧 时，相对于不加热的情况下，滞止时间有所增加， 峰值时间大幅上升，死区比例下降明显，活塞区比 例大幅增加，全混区比例有所下降，中间包内流场 得到较好改善. 当加热位置位于挡墙外侧时，滞止 时间减小，这可能是由于挡墙外侧的水在高温水 蒸气的冲击作用一直处于无规则流动状态，从而 加快了流体经过挡墙之后到达出水口的时间；此 外，平均停留时间有所下降，但是死区比例却有所 上升. 2.2 流场分布 利用高锰酸钾溶液作为示踪剂可以比较清楚 地观察到流体在中间包模型中的流动情况，不加 热情况下即 A0 方案下的流场分布如图 6 所示. 从 图 6 可以明显看出，流体从长水口出来之后，由于 湍流抑制器的作用，流体分别向两侧和上方运动， 首先充满中间包挡墙内部. 经过一段时间后，流体 流经挡墙和挡坝位置处，并直接向中间包出水口 方向处流动. 待高锰酸钾溶液充满整个中间包后， 发现两侧出水口上方并没有被染色，说明该区域 流体流动不活跃，存在死区. 加热位置位于挡墙内侧时流场情况如图 7 所 示. 从图中可以看出，该方案下流体的运动及扩散 轨迹与不加热时明显不同. 该方案下的高锰酸钾 流体流经挡墙之后转而向上部运动，然后从上而 下逐渐充满整个中间包. 与方案 A0 相比，出水口 上部的死区消除，流体流过的距离更长，所以滞止 时间和峰值时间会相对增加，这有利于中间包内 夹杂物的上浮. 该方案下流体轨迹改变的原因主 要是高温水蒸汽加热的位置位于中间包挡墙内 侧，中间部分的流体首先被加热，而外侧的流体并 没有被加热，这就造成了温度差异. 而温度较高的 流体密度会更小一些，所以当流体流过挡墙后由 于其浮力作用大于惯性力进而形成上升流. 当加 热位置位于挡墙内侧时，挡墙外侧区域上部先升 温，然后自上而下温度逐渐升高. 加热位置位于挡墙外侧时的流场分布如图 8 所示. 流体经过挡坝后顺着挡坝壁流向中间包底 部，然后向中间包出口方向流动. 同时，高锰酸钾 溶液也会向中间包外侧上部扩散. 待充满整个中 间包后，发现挡墙外侧上部颜色明显比下部浅，说 0 0 1.2 Dimensionless concentration Dimensionless time 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.5 1.0 1.5 2.0 (a) 2.5 3.0 0 0 1.8 1.6 Dimensionless concentration Dimensionless time 0.2 0.4 0.6 0.8 1.4 1.2 1.0 0.5 1.0 1.5 2.0 (b) 2.5 3.0 0 0 1.0 Dimensionless concentration Dimensionless time 0.2 0.4 0.6 0.8 0.5 1.0 1.5 2.0 (c) 2.5 3.0 图 5 不同实验方案下的 RTD 曲线. （a）方案 A0；（b）方案 A1；（c）方案 A2 Fig.5 RTD curve under different schemes: (a) scheme A0; (b) scheme A1; (c) scheme A2 表 4 中间包等离子加热水模拟实验方案 Table 4 Experimental schemes of tundish plasma heating in water simulation Scheme Heating position Steam flow rate/(kg·h−1) A0 (Non plasma heating) A1 Inside of weir 6 A2 outside of weir 6 表 5 不同实验方案的流体流动特征参数 Table 5 Flow characteristic parameters of fluid in different schemes Scheme Stagnation time /s Peak time /s Average residence time /s Volume fraction / % Dead volume fraction Dispersed plug volume fraction Well-mixed volume fraction A0 58.0 120.7 528.0 36.0 10.8 53.2 A1 127.7 362.0 584.7 29.2 29.6 41.1 A2 34.3 316.7 477.0 42.2 21.2 36.5 · 72 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1
王勇等：中间包等离子加热的物理模拟 ·73 6 (d) 图6方案A0的中间包流场图.(a)10s:(b)30s(c)60s:(d)90s:(e)120s:(f)180s:(g)240s(h)300s Fig.6 Flow field in tundish of scheme A0:(a)10 s;(b)30 s;(c)60 s;(d)90 s;(e)120 s;(f)180 s:(g)240 s;(h)300 s b c (d) (e) (0 (g) (h) 图7方案A1的中间包流场图.(a)10s:(b)30s:(c)60s:(d)90s:(e)120多(f)180s:(g)240s:(h)300s Fig.7 Flow field in tundish of scheme A1:(a)10 s;(b)30 s;(c)60 s;(d)90 s;(e)120 s;(f)180 s;(g)240 s;(h)300 s 明流体经过挡墙和挡坝后主要是向下方运动，只 造成温度变化差异原因是加热位置靠近挡墙所导 有少部分向上方扩散.也可能是由于高温水蒸气 致.当加热位置在挡墙内侧时，中间包出水口温度 射流动量传输的作用造成了中间包外侧液体处于 升高约为7℃，升温速率为0.7℃min,中间包中 轻微的扰动状态，使其自然对流更加显著，加速了 部温度比边部温度略低，挡墙底部的温度比挡 高锰酸钾溶液的扩散 墙中部温度略低，中间包内温度分布较为均匀 2.3温度场分布 图9(b)显示了加热位置位于挡墙外侧时中间包内 图9(a)显示了加热位置位于挡墙内侧时中间 不同位置处的温度变化情况.从图中可以明显看 包内的温度场分布情况.从图中可以看出，随着加 出，挡墙位置温度保持不变，因为流体是由中间包 热开始，挡墙位置处会迅速升温.经过一段时间 内侧向外侧流动.由此可以推测中间包挡墙内侧 后，出水口才开始升温.然而停止加热后，挡墙位 温度并无变化，只有挡墙外侧温度有变化.中包出 置处温度首先下降，随后中间包出口处温度下降 口温度上升约10℃，但中间包内部温差较大
明流体经过挡墙和挡坝后主要是向下方运动，只 有少部分向上方扩散. 也可能是由于高温水蒸气 射流动量传输的作用造成了中间包外侧液体处于 轻微的扰动状态，使其自然对流更加显著，加速了 高锰酸钾溶液的扩散. 2.3 温度场分布 图 9（a）显示了加热位置位于挡墙内侧时中间 包内的温度场分布情况. 从图中可以看出，随着加 热开始，挡墙位置处会迅速升温. 经过一段时间 后，出水口才开始升温. 然而停止加热后，挡墙位 置处温度首先下降，随后中间包出口处温度下降. 造成温度变化差异原因是加热位置靠近挡墙所导 致. 当加热位置在挡墙内侧时，中间包出水口温度 升高约为 7 ℃，升温速率为 0.7 ℃·min−1，中间包中 部温度比边部温度略低，挡墙底部的温度比挡 墙中部温度略低，中间包内温度分布较为均匀. 图 9（b）显示了加热位置位于挡墙外侧时中间包内 不同位置处的温度变化情况. 从图中可以明显看 出，挡墙位置温度保持不变，因为流体是由中间包 内侧向外侧流动，由此可以推测中间包挡墙内侧 温度并无变化，只有挡墙外侧温度有变化. 中包出 口温度上升约 10 ℃，但中间包内部温差较大. (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 图 6 方案 A0 的中间包流场图. （a）10 s；（b）30 s；（c）60 s；（d）90 s；（e）120 s；（f）180 s；（g）240 s；（h）300 s Fig.6 Flow field in tundish of scheme A0: (a) 10 s; (b) 30 s; (c) 60 s; (d) 90 s; (e) 120 s; (f) 180 s; (g) 240 s; (h) 300 s (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 图 7 方案 A1 的中间包流场图. （a）10 s；（b）30 s；（c）60 s；（d）90 s；（e）120 s；（f）180 s；（g）240 s；（h）300 s Fig.7 Flow field in tundish of scheme A1: (a) 10 s; (b) 30 s; (c) 60 s; (d) 90 s; (e) 120 s; (f) 180 s; (g) 240 s; (h) 300 s 王 勇等： 中间包等离子加热的物理模拟 · 73 ·
.74 工程科学学报.第42卷，增刊1 (a) b (d) (e) (g) (h) 图8方案A2的中间包流场图.(a)10s:(b)30s:(c)60s:(d)90s:(e)120s:(f)180s:(g)240s:(h)300s Fig.8 Flow field in tundish of scheme A2:(a)10 s;(b)30 s;(c)60 s;(d)90 s;(e)120 s;(f)180 s;(g)240 s;(h)300s (a) (b) 32 2# 6 2# 30 裤 5# 26 22 23/ 500100015002000 2500 0 5001000150020002500 Time/s Time/s 图9不同实验方案下的温度场分布情况.(a)方案A1:(b)方案A2 Fig.9 Temperature field distribution under different schemes:(a)scheme A1;(b)scheme A2 3结论 in a seven-strand tundish with gas curtain for molten steel continuous-casting.ISI/Int,2015,55(4):837 (1)无等离子加热条件下，中间包内死区比例 [3]Kumar A.Mazumdar D.Koria S C.Modeling of fluid flow and 为36%，死区主要集中在中间包挡墙外侧的上部 residence time distribution in a four-strand tundish for enhancing 区域 inclusion removal.IS///nt,2008,48(1):38 (2)当加热位置位于挡墙内侧时，死区比例明 [4]Du Y W.Du H M.Du Y L.et al.Numerical analysis the influence 显降低，主要是挡墙外侧上部区域死区消除，造成 factors of the heat loss in the continuous tundish.Henan Metall, 死区比例较低.该方案下各位置温度分布较为均 2017,25(4):14 匀，出水口温度上升大约7℃. (杜亚伟，杜海明，杜玉兰，等.连铸中间包热损失影响因素的数 值分析.河南冶金，2017,25(4)：14) (3)加热位置位于挡墙外侧时，死区比例与不 [5]Wang Q,Wang F,Wang B,et al.Fluid flow and heat transfer in a 加热时相比略有升高，死区主要集中在挡墙外侧 continuous casting tundish with the channel type induction heating. 的上部区域.该方案下中间包两个挡墙之间内的 J Iron Steel Res Int,2012,19(S2):969 流体温度没有增加，中间包内部温差较大 [6 Vargas-Zamora A,Morales R D,Diaz-Cruz M,et al.Heat and mass transfer of a convective-stratified flow in a trough type 参考文献 tundish.Int Heat Mass Transfer,2003,46(16):3029 [1]Sahai Y.Tundish technology for casting clean steel:a review. [7]Tian J Y,Zhang X L,Li J S,et al.Review of plasma heating Metall Mater Trans B,2016,47(4):2095 technology for continuous casting tundish.Wide Heavy Plate, [2]Chang S,Zhong L C,Zou Z S.Simulation of flow and heat fields 2017,23(2):45
3 结论 （1）无等离子加热条件下，中间包内死区比例 为 36%，死区主要集中在中间包挡墙外侧的上部 区域. （2）当加热位置位于挡墙内侧时，死区比例明 显降低，主要是挡墙外侧上部区域死区消除，造成 死区比例较低. 该方案下各位置温度分布较为均 匀，出水口温度上升大约 7 ℃. （3）加热位置位于挡墙外侧时，死区比例与不 加热时相比略有升高，死区主要集中在挡墙外侧 的上部区域. 该方案下中间包两个挡墙之间内的 流体温度没有增加，中间包内部温差较大. 参 考 文 献 Sahai Y. Tundish technology for casting clean steel: a review. Metall Mater Trans B, 2016, 47（4）: 2095 [1] [2] Chang S, Zhong L C, Zou Z S. Simulation of flow and heat fields in a seven-strand tundish with gas curtain for molten steel continuous-casting. ISIJ Int, 2015, 55（4）: 837 Kumar A, Mazumdar D, Koria S C. Modeling of fluid flow and residence time distribution in a four-strand tundish for enhancing inclusion removal. ISIJ Int, 2008, 48（1）: 38 [3] Du Y W, Du H M, Du Y L, et al. Numerical analysis the influence factors of the heat loss in the continuous tundish. Henan Metall, 2017, 25（4）: 14 （杜亚伟, 杜海明, 杜玉兰, 等. 连铸中间包热损失影响因素的数 值分析. 河南冶金, 2017, 25（4）：14） [4] Wang Q, Wang F, Wang B, et al. Fluid flow and heat transfer in a continuous casting tundish with the channel type induction heating. J Iron Steel Res Int, 2012, 19（S2）: 969 [5] Vargas-Zamora A, Morales R D, Díaz-Cruz M, et al. Heat and mass transfer of a convective-stratified flow in a trough type tundish. Int J Heat Mass Transfer, 2003, 46（16）: 3029 [6] Tian J Y, Zhang X L, Li J S, et al. Review of plasma heating technology for continuous casting tundish. Wide Heavy Plate, 2017, 23（2）: 45 [7] (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 图 8 方案 A2 的中间包流场图. （a）10 s；（b）30 s；（c）60 s；（d）90 s；（e）120 s；（f）180 s；（g）240 s；（h）300 s Fig.8 Flow field in tundish of scheme A2: (a) 10 s; (b) 30 s; (c) 60 s; (d) 90 s; (e) 120 s; (f) 180 s; (g) 240 s; (h) 300 s 0 20 34 32 Temperature/ ℃ Time/s Time/s 22 24 26 28 30 22 36 34 32 24 26 28 30 500 1000 1500 (a) 2000 2500 0 500 1000 1500 2000 38 Temperature/ ℃ (b) 2500 1# 2# 3# 4# 5# 1# 2# 3# 4# 5# 图 9 不同实验方案下的温度场分布情况. （a）方案 A1；（b）方案 A2 Fig.9 Temperature field distribution under different schemes: (a) scheme A1; (b) scheme A2 · 74 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1
王勇等：中间包等离子加热的物理模拟 ·75· (田建英，张雪良，李京社，等.连铸中间包等离子加热技术综述 (蒋军，路海波，李勒勇，等.中间罐等离子加热技术在青岛特钢 宽厚板，2017,23(2)：45) 的应用.连铸，2018,43(2)：7) [8]Xu J C,Jian H,Nie G S,et al.Application of induction heating [16]Pak Y A,Filippov G A,Yusupov D I,et al.Two-strand tundish technology on casting middle package.Metall Equip,2018(6):54 with chambers for plasma heating of liquid metal.Metallurgist, (徐靖驰，蹇华，聂高升，等，感应加热技术在连铸中间包上的应 2014,58(7):672 用.冶金设备，2018(6)：54) [17]Chattopadhyay K,Isac M,Guthrie R I L.Physical and [9]Jiang Z H,Li C J,Jiang Y L.et al.Laboratory research on mathematical modelling of steelmaking tundish operations:a electroslag heating of molten steel in ladle.Iron Steel,1995 review of the last decade (1999-2009).ISI/Int,2010.50(3):331 30(3):12 [18]Yang S F,Wu J Q,Li J S,et al.Physical simulation on (姜周华，李晨隽，姜永林，等.钢水炉外电渣加热的实验研究 optimization of flow control devices in four strand tundish.China 钢铁，1995,30(3)：12) Metall,.2019,29(4)81 [10]Zhang X S,Zhou Y Q.A mathematical model and simulated test (杨树峰，吴金强，李京社，等.四流中间包控流装置优化物理模 of electroslag heating of liquid steel in a tundish.Energy Metall 拟.中国冶金，2019,29(4)：81) ld,1997,16(2):32 [19]Braga B M,Tavares R P.Description of a new tundish model for (张新生，周筠清.电渣加热中间包钢水的数学模型及实验研究 treating RTD data and discussion of the communication "New 冶金能源，1997,16(2)：32) insight into combined model and revised model for RTD curves in [11]Li Y,Li L,Chen YY,et al.Numerical simulation of a multi-strand tundish"by Lei.Metall Mater Trans B,2018, electromagnetic-thermal-hydrodynamic field in tundish with 49(4):2128 sidewall-type induction heating.J Northeast Univ Nat Sci,2017, [20]Chatterjee S,Chattopadhyay K.Transient steel quality under non- 38(7):966 isothermal conditions in a multi-strand billet caster tundish:part (李阳，李亮，陈圆圆，等.侧壁式感应加热中间包磁热/流耦合 II.Effect of a flow-control device.Ironmaking Steelmaking,2017, 模拟.东北大学学报（自然科学版），2017,38(7)：966) 44(6):413 [12]Zuo X J,Yan J W,Luo L H,et al.Application of plasma tundish [21]Liu C L,Cui H,Li YY,et al.Study on physical simulation for heating technology in continuous casting process.Iron Steel Technol,2016(1):10 flow field optimization in tundish for two-strand slab.Metall (佐祥均，阁建武，罗利华，等.等离子中间罐加热技术在连铸过 Eg1up,2019(3:9 程中的应用.钢铁技术，2016(1)：10) (刘崇林，崔衡，李源源，等.双流板坯中间包流场优化的物理模 [13]Badie J M,Bertrand P,Flamant G.Temperature distribution in a 拟研究.治金设备，2019(3)：9) pilot plasma tundish:comparison between plasma torch and [22]Wu G H,Tang H Y,Xiao H,et al.Physical simulation on a 7- graphite electrode systems.Plasma Chem Plasma Process,2001 strand continuous casting tundish with channel type induction 21(2):279 heating.Iron Steel,2017,52(11):20 [14]Barron-Meza M A,Barreto-Sandoval J D J,Morales R D.Physical (吴光辉，唐海燕，肖红，等.通道式感应加热7流中间包流场的 and mathematical models of steel flow and heat transfer in a 物理模拟.钢铁，2017,52(11)：20) tundish heated by plasma.Metall Mater Trans B,2000,31(1):63 [23]Barreto-Sandoval J D J,Hills A W S,Barron-Meza M A,et al. [15]Jiang J,Lu H B,Li Q Y,et al.Application of tundish plasma Physical modelling of tundish plasma heating and its mathematical heater.Contin Cast,2018,43(2):7 interpretation.ISI/Int,1996,36(9):1174
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