第5期 赵新宇等：带过滤器中间包钢水内夹杂物行为的非稳态模拟 ·541· 2模拟结果和分析 2.1带过滤器中间包钢水内夹杂物运动轨迹 图2为带过滤器情况下中间包钢水内夹杂物的 在中间包内设置坝堰有助于促进夹杂物上浮， 运动轨迹图，此时工况为拉速1.4m·min-1,夹杂物 在坝上设置过滤器可以进一步促进夹杂物上浮，坝 粒径在50~100μm.图中轨迹分别为随机25条夹 堰结构的较优设置为堰距离对称面300mm,坝距离 杂物运动轨迹和典型的从出口离开、被壁面吸收及 对称面350mm),本文模拟均按此最优结构设计 被顶面吸收的夹杂物轨迹，轨迹线上的球形标记为 中间包模型. 时间标记，每两个球形标记间的时间尺度为5s 模拟实验因素分别考虑夹杂物粒径和时间，工 图2(c)、2(d)分别为经过过滤器而又被壁面和项 况具体参数如表1所示. 面吸收的夹杂物运动轨迹.从图中可以看出，经过 表1模拟因素及其对应值 过滤器夹杂物的运行时间明显要长于未经过过滤器 Table 1 Parameters for simulation and their values 夹杂物（图2(b))的运行时间.这是由于夹杂物穿 因素 相应数值 过过滤器后，受过滤器影响，夹杂物速率有所降低， 夹杂物粒径/μm 20,50,80,100,150,200 因此经过过滤器的夹杂物在中间包内的停留时间增 时间/s 0~1000 加，其被壁面和顶面吸附的概率也即增大 夹杂物速度 a 95 夹杂物速度山 SYS ■8.316x10 8.283×10-1 6.237×10H 6.212x101 4.158x10H 4.141×10 2.079x10 2.071×10 0 00.501.00m 0 …g 0.25075 m.s SYS 夹杂物速度 5 夹杂物速度 (d) ■8.283x10- ■8297x10-1 6213×10H 6.223×10 4.142×10H 4.149x10H 2.0m1×x1G 2.074×10+ 1.0m 00.501.00m m.s 0.5 025075y-x 图2夹杂物在带过滤器中间包内的轨迹.(a)总体夹杂物轨迹：(b)从出口离开的夹杂物轨迹：()被壁面吸收的夹杂物轨迹：(d)被 顶面吸收的夹杂物轨迹 Fig.2 Movement tracks of inclusions in the tundish with a filter:(a)tracks of total inclusions:(b)tracks of inclusions leaving from the outlet:(c) tracks of inclusions absorbed by the wall:(d)tracks of inclusions absorbed by the top surface 2.2浇注过程夹杂物去除率对比 120 图3为不同粒径夹杂物在不同时刻的去除率变 100 化曲线，图中L.D表示为夹杂物平均粒径，此时拉速 80 为1.4m·min1.从图中可以看出，浇注开始时刻， -1D804m 夹杂物去除率快速上升，在经过一段时间后，去除率 ◆-LD20um 一L.D100m 趋于稳定，达到稳定状态所用的时间与夹杂物粒径 。-1D50um -1.D 150 um 20 1.D 200 um 大小成反比.对于粒径在100μm以上的夹杂物，去 seussssasees 除率趋于稳定后，其值不再发生剧烈变化：而对于粒 20 径在80μm以下的夹杂物，去除率趋于稳定后，其值 200 400 600 800 1000 时间/s 依然存在较大波动，甚至在浇注中后期对于粒径为 图3夹杂物去除率随时间变化曲线 20m的夹杂物，在出口处还出现了增加，即出口处 Fig.3 Change in the removal rate of inclusions with time第 5 期 赵新宇等: 带过滤器中间包钢水内夹杂物行为的非稳态模拟 2 模拟结果和分析 在中间包内设置坝堰有助于促进夹杂物上浮， 在坝上设置过滤器可以进一步促进夹杂物上浮，坝 堰结构的较优设置为堰距离对称面 300 mm，坝距离 对称面 350 mm［11］，本文模拟均按此最优结构设计 中间包模型． 模拟实验因素分别考虑夹杂物粒径和时间，工 况具体参数如表 1 所示． 表 1 模拟因素及其对应值 Table 1 Parameters for simulation and their values 因素 相应数值 夹杂物粒径/μm 20，50，80，100，150，200 时间/s 0 ～ 1 000 2. 1 带过滤器中间包钢水内夹杂物运动轨迹 图 2 为带过滤器情况下中间包钢水内夹杂物的 运动轨迹图，此时工况为拉速 1. 4 m·min － 1 ，夹杂物 粒径在 50 ～ 100 μm． 图中轨迹分别为随机 25 条夹 杂物运动轨迹和典型的从出口离开、被壁面吸收及 被顶面吸收的夹杂物轨迹，轨迹线上的球形标记为 时间标记，每两个球形标记间的时间尺度为 5 s． 图 2( c) 、2( d) 分别为经过过滤器而又被壁面和顶 面吸收的夹杂物运动轨迹． 从图中可以看出，经过 过滤器夹杂物的运行时间明显要长于未经过过滤器 夹杂物( 图 2( b) ) 的运行时间． 这是由于夹杂物穿 过过滤器后，受过滤器影响，夹杂物速率有所降低， 因此经过过滤器的夹杂物在中间包内的停留时间增 加，其被壁面和顶面吸附的概率也即增大． 图 2 夹杂物在带过滤器中间包内的轨迹 . ( a) 总体夹杂物轨迹; ( b) 从出口离开的夹杂物轨迹; ( c) 被壁面吸收的夹杂物轨迹; ( d) 被 顶面吸收的夹杂物轨迹 Fig． 2 Movement tracks of inclusions in the tundish with a filter: ( a) tracks of total inclusions; ( b) tracks of inclusions leaving from the outlet; ( c) tracks of inclusions absorbed by the wall; ( d) tracks of inclusions absorbed by the top surface 2. 2 浇注过程夹杂物去除率对比 图 3 为不同粒径夹杂物在不同时刻的去除率变 化曲线，图中 I． D 表示为夹杂物平均粒径，此时拉速 为 1. 4 m·min － 1 ． 从图中可以看出，浇注开始时刻， 夹杂物去除率快速上升，在经过一段时间后，去除率 趋于稳定，达到稳定状态所用的时间与夹杂物粒径 大小成反比． 对于粒径在 100 μm 以上的夹杂物，去 除率趋于稳定后，其值不再发生剧烈变化; 而对于粒 径在 80 μm 以下的夹杂物，去除率趋于稳定后，其值 依然存在较大波动，甚至在浇注中后期对于粒径为 20 μm 的夹杂物，在出口处还出现了增加，即出口处 图 3 夹杂物去除率随时间变化曲线 Fig． 3 Change in the removal rate of inclusions with time ·541·