.10 北京科技大学学报 2009年增刊1 能量损失造成的 离喷嘴的钢包一侧形成一个大的循环，钢包心部的 如图4所示，采用双孔轴对称底吹氩时，在喷嘴 流动速度较大，消除了以上两种底吹方式中钢包心 正上方形成两个倒锥形的气液两相区，随着高度上 部搅拌弱的缺点，整个钢包内钢液流动速度均匀而 升两个气液两相区直径逐渐变大，到达液面时相互 稳定，基本消除了搅拌“死区”， 融合成一个大的气液两相区，两相区带动钢液在远 eT兰 T4兰C a43m供 图4双孔轴对称底吹氩不同截面的流场图.(a)X=480mm截面：(b)Y=350mm;(c)X=0mm截面：(d)Z=50,1350,2125mm截 面 2.2钢液面流动速度分析 中可以看出，采用单孔吹氩钢液表面的流动速度最 很多研究都证实，渣/钢界面韦伯数(We)是这 高达0.3ms1,超过卷渣临界速度；采用双孔中心 一过程中起决定性作用的控制参数，We=12.3是 对称和双孔轴对称底吹氩钢液表面的最大流动速度 液/液分层流界面出现卷混的临界条件)].渣/钢界 分别为0.17ms1和0.12ms-1,均低于卷渣临界 面韦伯数可如式(7)所示，当界面湍动时，假设渣/钢 气量，由此表明，在底吹氩气量一定和不产生卷渣 界面表面张力(g)降至原值的1%~10%. 条件下，采用双孔吹氩可以降低钢液表面的流动速 vlPmL Webe= auamtthg(piml-p)2 (7) 度，为增加吹氩量和加强钢包内整体搅拌效果提供 可靠的依据，双孔中心对称底吹时，在钢液表面两 当cedg=0.012Nm-时， 喷孔的中心线附近，由于流动速度相反的水平流发 U steel 生“碰撞”速度很小，很有可能生成漩涡导致卷渣：双 12.3X[0.012×9.81(7000-3500)]☑ 孔轴对称底吹时，整个钢液表面钢液的流动速度稳 7000 定而且均匀，这为夹杂物的去除提供了良好的条件， 0.18ms1 式中，Wec是渣/钢界面韦伯数；vte是渣/钢界面钢 2.3底吹方式对混匀时间的影响 液流动速度；Pa是钢密度；Pag是渣密度.数值模 选取模型与原钢包比例系数入=1：4.7，利用 拟中，主要考虑的是钢液表面水平流的速度，因此速 “刺激响应”技术来测定混匀时间，即向水模钢包内 度vm=0.l8ms一1可以看作是渣/钢卷混的临界 加入一定量的NaCl溶液，利用电导率仪测定熔池 速度 内电导率的变化，混匀时间最终根据电导率波动不 图5为Qa=200 NL'min条件下，不同方式 超过稳定值的5%来确定.在保证弗鲁德准数相等 底吹钢液表面速度分布云图和X-Y散点图.从图5 的条件下，对Qa=200 NL'min-1不同吹氩方式下能量损失造成的． 如图4所示‚采用双孔轴对称底吹氩时‚在喷嘴 正上方形成两个倒锥形的气液两相区‚随着高度上 升两个气液两相区直径逐渐变大‚到达液面时相互 融合成一个大的气液两相区．两相区带动钢液在远 离喷嘴的钢包一侧形成一个大的循环‚钢包心部的 流动速度较大‚消除了以上两种底吹方式中钢包心 部搅拌弱的缺点．整个钢包内钢液流动速度均匀而 稳定‚基本消除了搅拌“死区”． 图4 双孔轴对称底吹氩不同截面的流场图．（a） X＝480mm 截面；（b） Y ＝350mm；（c） X＝0mm 截面；（d） Z＝50‚1350‚2125mm 截 面 2∙2 钢液面流动速度分析 很多研究都证实‚渣／钢界面韦伯数（We）是这 一过程中起决定性作用的控制参数‚We＝12∙3是 液／液分层流界面出现卷混的临界条件［2］．渣／钢界 面韦伯数可如式（7）所示‚当界面湍动时‚假设渣／钢 界面表面张力（σstee-l slag）降至原值的1％～10％． Webc＝ v 2 steelρsteel σstee-l slag（ρsteel—ρslag） 1／2 （7） 当 σstee-l slag＝0∙012N·m —1时‚ vsteel＝ 12∙3×［0∙012×9∙81（7000—3500）］ 1／2 7000 1／2 ＝ 0∙18m·s —1 式中‚Webc是渣／钢界面韦伯数；vsteel是渣／钢界面钢 液流动速度；ρsteel是钢密度；ρslag是渣密度．数值模 拟中‚主要考虑的是钢液表面水平流的速度‚因此速 度 vsteel＝0∙18m·s —1可以看作是渣／钢卷混的临界 速度． 图5为 QAr＝200NL·min —1条件下‚不同方式 底吹钢液表面速度分布云图和 X-Y 散点图．从图5 中可以看出‚采用单孔吹氩钢液表面的流动速度最 高达0∙3m·s —1‚超过卷渣临界速度；采用双孔中心 对称和双孔轴对称底吹氩钢液表面的最大流动速度 分别为0∙17m·s —1和0∙12m·s —1‚均低于卷渣临界 气量．由此表明‚在底吹氩气量一定和不产生卷渣 条件下‚采用双孔吹氩可以降低钢液表面的流动速 度‚为增加吹氩量和加强钢包内整体搅拌效果提供 可靠的依据．双孔中心对称底吹时‚在钢液表面两 喷孔的中心线附近‚由于流动速度相反的水平流发 生“碰撞”速度很小‚很有可能生成漩涡导致卷渣；双 孔轴对称底吹时‚整个钢液表面钢液的流动速度稳 定而且均匀‚这为夹杂物的去除提供了良好的条件． 2∙3 底吹方式对混匀时间的影响 选取模型与原钢包比例系数 λ＝1∶4∙7‚利用 “刺激响应”技术来测定混匀时间‚即向水模钢包内 加入一定量的 NaCl 溶液‚利用电导率仪测定熔池 内电导率的变化‚混匀时间最终根据电导率波动不 超过稳定值的5％来确定．在保证弗鲁德准数相等 的条件下‚对 QAr＝200NL·min —1不同吹氩方式下 ·10· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1