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D0I:10.13374/i.issnl00113.2009.05.00B 第31卷第5期 北京科技大学学报 Vol.31 No.5 2009年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2009 电磁净化中间包传输特性的水模拟 王保军钟云波王赟雷作胜任维丽 任忠鸣 上海大学材料学院，上海市现代冶金与材料制备重点实验室，上海200072 摘要为了得到电磁净化中间包中流体的流动及传输特性，以及旋转运动在中间包净化钢液中所起的作用，采用中间包物 理模拟方法，对电磁净化中间包中不同控流装置配置和旋转速度下的停留时间分布曲线进行了测试，并对流场进行了显示实 验。结果表明：电磁净化中间包圆形腔中的旋转运动能够减小中间包中滞留区分数，增加活塞区比例，同时增长平均停留时 间，有利于中间包内夹杂物的去除：但旋转速度不是越高越好，存在一个最佳值 关键词电磁净化：中间包：RTD曲线；水模拟：流场形态 分类号T℉769.9 Water model on a tundish for electromagnetic purification WA NG Bao-jun,ZHONG Yun-bo,WA NG Yun.LEI Zuo-sheng.REN Wei-li,REN Zhong"ming Shanghai Key Laboratory of Modern Metallurgy&Materials Processing.Material Engineering College.Shanghai University,Shanghai 200072.China ABSTRACT The effect of rotary motion on the fluid flow and the mixing characteristics in a tundish for electromagnetic purification were studied by a physical modeling method.The visualization of flow pattern and the measurement of residence time distribution (RTD)were performed under different rotation speeds and geometric configurations.The result shows that rotational flow in the cylindrical chamber can effectively decrease the dead volume and increase the plug volume.Meanwhile.the mean residence time is prolonged thereby promoting the removal of inclusions.The flow characteristics do not become better with the rise of rotation speed, but there exists an optimum value. KEY WORDS electromagnetic purification:tundish:residence time distribution curve;water modeling:flow characteristic 近年来，随着能源问题的日益突出以及循环经 情况下仍能得到高纯净度的钢液， 济理念的深入，生产高强度、高品质的钢铁材料成为 由日本川崎公司开发的中间包电磁净化钢液技 钢铁企业发展的必然趋势山，在各种提高钢铁材料 术取得了很好的效果，并已在该公司的生产中得到 性能的工艺中，提高材料的纯净度是重要环节之 应用[-0).该技术的基本原理是将中间包分成圆形 一[].中间包作为连接钢包和结晶器的中间容器， 腔和矩形腔，在圆形腔（大包水口注入区）的外围装 具有均匀温度、稳定流动及促进夹杂上浮等功能，对 置有一个半圆形的旋转磁场发生器，利用旋转磁场 钢液的洁净度提高起着至关重要的作用)，因此， 在钢液中感生洛仑兹力，驱动钢液旋转，由于钢液中 优化中间包结构，获得最佳流场和更长的平均停留 夹杂物密度比钢液小，在离心力作用下向钢液中心 时间，提高夹杂物的去除效率，成为中间包治金的主 迁移，钢液旋转中心区域夹杂物浓度不断增加，进而 要内容。提高中间包中夹杂物去除效率的主要方法 碰撞长大，上浮而进入渣层，从而使钢液得到净化· 有扩容、结构优化设计、底部吹氩、氩气保护以及等 根据Stokes定律可知，钢液中夹杂物上浮速度与夹 离子体加热等]；而随着高效连铸概念的提出，迫 杂物粒径平方成正比，因此这种促进夹杂物碰撞长 切需要更加高效的净化技术，以保证在高钢液流量 大的方法对提高夹杂物的去除效率非常有效山)， 收稿日期：2008-05-25 基金项目：上海市科委科技攻关重点项目(N。.065212079) 作者简介：王保军(1983-），男：硕士研究生，Emil:csu me@163.com:钟云波(1971一)，男，教授，博士电磁净化中间包传输特性的水模拟 王保军 钟云波 王 雷作胜 任维丽 任忠鸣 上海大学材料学院上海市现代冶金与材料制备重点实验室上海200072 摘 要 为了得到电磁净化中间包中流体的流动及传输特性以及旋转运动在中间包净化钢液中所起的作用采用中间包物 理模拟方法对电磁净化中间包中不同控流装置配置和旋转速度下的停留时间分布曲线进行了测试并对流场进行了显示实 验．结果表明：电磁净化中间包圆形腔中的旋转运动能够减小中间包中滞留区分数增加活塞区比例同时增长平均停留时 间有利于中间包内夹杂物的去除；但旋转速度不是越高越好存在一个最佳值． 关键词 电磁净化；中间包；RTD 曲线；水模拟；流场形态 分类号 TF769∙9 Water model on a tundish for electromagnetic purification W A NG Bao-junZHONG Y un-boW A NG Y unLEI Zuo-shengREN We-i liREN Zhong-ming Shanghai Key Laboratory of Modern Metallurgy ＆ Materials ProcessingMaterial Engineering CollegeShanghai UniversityShanghai200072China ABSTRACT T he effect of rotary motion on the fluid flow and the mixing characteristics in a tundish for electromagnetic purification were studied by a physical modeling method．T he visualization of flow pattern and the measurement of residence time distribution （RTD） were performed under different rotation speeds and geometric configurations．T he result shows that rotational flow in the cylindrical chamber can effectively decrease the dead volume and increase the plug volume．Meanwhilethe mean residence time is prolonged thereby promoting the removal of inclusions．T he flow characteristics do not become better with the rise of rotation speed but there exists an optimum value． KEY WORDS electromagnetic purification；tundish；residence time distribution curve；water modeling；flow characteristic 收稿日期：2008-05-25 基金项目：上海市科委科技攻关重点项目（No．065212079） 作者简介：王保军（1983—）男硕士研究生E-mail：csu-me＠163．com；钟云波（1971—）男教授博士 近年来随着能源问题的日益突出以及循环经 济理念的深入生产高强度、高品质的钢铁材料成为 钢铁企业发展的必然趋势［1］．在各种提高钢铁材料 性能的工艺中提高材料的纯净度是重要环节之 一［2］．中间包作为连接钢包和结晶器的中间容器 具有均匀温度、稳定流动及促进夹杂上浮等功能对 钢液的洁净度提高起着至关重要的作用［3］．因此 优化中间包结构获得最佳流场和更长的平均停留 时间提高夹杂物的去除效率成为中间包冶金的主 要内容．提高中间包中夹杂物去除效率的主要方法 有扩容、结构优化设计、底部吹氩、氩气保护以及等 离子体加热等［4—6］；而随着高效连铸概念的提出迫 切需要更加高效的净化技术以保证在高钢液流量 情况下仍能得到高纯净度的钢液． 由日本川崎公司开发的中间包电磁净化钢液技 术取得了很好的效果并已在该公司的生产中得到 应用［7—10］．该技术的基本原理是将中间包分成圆形 腔和矩形腔在圆形腔（大包水口注入区）的外围装 置有一个半圆形的旋转磁场发生器利用旋转磁场 在钢液中感生洛仑兹力驱动钢液旋转由于钢液中 夹杂物密度比钢液小在离心力作用下向钢液中心 迁移钢液旋转中心区域夹杂物浓度不断增加进而 碰撞长大上浮而进入渣层从而使钢液得到净化． 根据 Stokes 定律可知钢液中夹杂物上浮速度与夹 杂物粒径平方成正比因此这种促进夹杂物碰撞长 大的方法对提高夹杂物的去除效率非常有效［11］． 第31卷 第5期 2009年 5月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．5 May2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．05．003