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.824 北京科技大学学报 第31卷 碍和自身重力的影响，上升管的抽吸作用对钢包钢 到1400Lmin-1时，钢液的循环流量从70.7t· 液的搅拌远没有下降管大（图5）.在浸渍管以上，钢 mim-1快速增大到92.3tmin1;吹氩流量由1400L· 包内钢液的流动速度要小于钢包中、下部，两浸渍管 min1增加到1900Lmin-时，循环流量由92.3t, 之间下方的钢液形成一个环流区，钢包壁几乎为滞 min1增加到96.1tmin1,也就是吹氩流量增加近 留区，因而在实际RH处理钢液过程中，只看到微 36%,而循环流量仅增加4%，钢液循环量基本达到 微的液面波动，而看不到钢包内钢液的强烈流动，这 饱和值.氩气喷吹量较小时，气泡在上升管内均匀 也保证了RH处理过程钢液不易卷渣，避免造成钢 分布，钢液循环流量随着氩气流量的增大而显著增 液污染 加；当氩气喷吹量加大到一定值时，气泡所占比例很 单位：m2,s3 大，气泡尺寸增加，抽引效率降低，钢液循环流量增 量0.50 045 加有限.因此将吹氩量控制在1400~1500L· 040 min是比较合理的 035 030 100 90 80 70, 0.05 0 60 端动能耗散率云图陶动能耗散率等值线图 50 图6湍动能耗散率图 Fig-6 Contours of turbulent dissipation rate 70090011001300150017001900 吹Ar流量L·min当 从图4也可以看出，随着吹氩流量由920增加 图7钢液循环流量与吹氩量的关系 至1900Lmim-1,下降管处流速增加明显，从图5 Fig.7 Relationship between Ar blowing and liquid steel flow rate 的云图也可以发现，不只下降管流速增加明显，上升 管处的抽吸能力也有增加，这必然增加钢液的循环 4计算结果的验证 速度和循环流量，因此可以通过最大吹Ar量缩短 4.1用经验公式验证 钢液在RH中的处理时间. 根据日本学者渡边秀夫对300tRH研究的结 湍动能耗散率标志着湍流流动能力的损失速 果，总结出其RH装置的钢液环流量经验公式山： 度.从图6可以看出，强湍流集中在上升管的出口 Q=0.02D1.5G0.33 (7) 处，其次为下降管的入口处，最弱湍流中在包壁.图 式中，Q为环流量，tmin1;G为吹氩流量，L· 中钢包红线以上部分虽然湍流也很强，但该区域的 min-1;D为浸渍管直径，cm. 流体为空气，红线基本代表了钢包钢液自由液面，从 由于其RH装置与本厂RH装置设计参数基本 图上可以看出红线附近钢液的湍流很弱，钢包表面 一致，通过经验公式(7)计算得到现行生产条件下 钢液流动平稳· 3O0tRH的钢水环流量与吹Ar量的关系为 3.3钢液循环量 Q=8.158G0.33 (8) 在真空室压力为133Pa,浸渍管内径均为500 图8为通过经验公式计算的环流量与实际数值 mm的条件下，计算了吹Ar流量分别为658,740， 模拟结果的对比，可以看出数值模拟结果与经验公 920,1120,1330,1400,1770和1900Lmin-1时钢 式计算结果在吹Ar量大于1100Lmin1后误差比 液循环流量，循环流量是单位时间通过真空室的钢 较小，而且趋势一致. 水量，在稳态时由于从上升管进入真空室的钢液量 4.2用实验数据验证 与从下降管流出的钢液量相同，因此这里通过在下 图9为该厂实际RH处理过程中取样分析得到 降管处设置监测窗口，监测通过下降管截面的流量， 的吹氩流量与钢中总T[0]关系，吹Ar量由1396L· 即为钢液的循环流量.图7中的点代表不同吹氩流 min1增加到1642Lmin1,钢水中总氧T[0]先下 量下的循环流量，并通过这些点的拟合得到曲线， 降然后趋于平缓；当吹Ar量大于1500Lmin1后， 从图中可以看出，氩气喷吹量从658Lmin增大 总T[0]水平变化不大，可知钢液循环流量近饱和碍和自身重力的影响上升管的抽吸作用对钢包钢 液的搅拌远没有下降管大（图5）．在浸渍管以上钢 包内钢液的流动速度要小于钢包中、下部两浸渍管 之间下方的钢液形成一个环流区钢包壁几乎为滞 留区．因而在实际 RH 处理钢液过程中只看到微 微的液面波动而看不到钢包内钢液的强烈流动这 也保证了 RH 处理过程钢液不易卷渣避免造成钢 液污染． 图6 湍动能耗散率图 Fig．6 Contours of turbulent dissipation rate 从图4也可以看出随着吹氩流量由920增加 至1900L·min —1下降管处流速增加明显．从图5 的云图也可以发现不只下降管流速增加明显上升 管处的抽吸能力也有增加这必然增加钢液的循环 速度和循环流量．因此可以通过最大吹 Ar 量缩短 钢液在 RH 中的处理时间． 湍动能耗散率标志着湍流流动能力的损失速 度．从图6可以看出强湍流集中在上升管的出口 处其次为下降管的入口处最弱湍流中在包壁．图 中钢包红线以上部分虽然湍流也很强但该区域的 流体为空气红线基本代表了钢包钢液自由液面从 图上可以看出红线附近钢液的湍流很弱钢包表面 钢液流动平稳． 3∙3 钢液循环量 在真空室压力为133Pa浸渍管内径均为500 mm 的条件下计算了吹 Ar 流量分别为658740 9201120133014001770和1900L·min —1时钢 液循环流量．循环流量是单位时间通过真空室的钢 水量在稳态时由于从上升管进入真空室的钢液量 与从下降管流出的钢液量相同因此这里通过在下 降管处设置监测窗口监测通过下降管截面的流量 即为钢液的循环流量．图7中的点代表不同吹氩流 量下的循环流量并通过这些点的拟合得到曲线． 从图中可以看出氩气喷吹量从658L·min —1增大 到1400L·min —1时钢液的循环流量从70∙7t· min —1快速增大到92∙3t·min —1 ；吹氩流量由1400L· min —1增加到1900L·min —1时循环流量由92∙3t· min —1增加到96∙1t·min —1也就是吹氩流量增加近 36％而循环流量仅增加4％钢液循环量基本达到 饱和值．氩气喷吹量较小时气泡在上升管内均匀 分布钢液循环流量随着氩气流量的增大而显著增 加；当氩气喷吹量加大到一定值时气泡所占比例很 大气泡尺寸增加抽引效率降低钢液循环流量增 加有限．因此将吹氩量控制在1400～1500L· min —1是比较合理的． 图7 钢液循环流量与吹氩量的关系 Fig．7 Relationship between Ar blowing and liquid steel flow rate 4 计算结果的验证 4∙1 用经验公式验证 根据日本学者渡边秀夫对300t RH 研究的结 果总结出其 RH 装置的钢液环流量经验公式［11］： Q＝0∙02D 1∙5G 0∙33 （7） 式中Q 为环流量t·min —1 ；G 为吹氩流量L· min —1 ；D 为浸渍管直径cm． 由于其 RH 装置与本厂 RH 装置设计参数基本 一致通过经验公式（7）计算得到现行生产条件下 300t RH 的钢水环流量与吹 Ar 量的关系为 Q＝8∙158G 0∙33 （8） 图8为通过经验公式计算的环流量与实际数值 模拟结果的对比．可以看出数值模拟结果与经验公 式计算结果在吹 Ar 量大于1100L·min —1后误差比 较小而且趋势一致． 4∙2 用实验数据验证 图9为该厂实际 RH 处理过程中取样分析得到 的吹氩流量与钢中总 T ［O］关系．吹 Ar 量由1396L· min —1增加到1642L·min —1钢水中总氧 T ［O］先下 降然后趋于平缓；当吹 Ar 量大于1500L·min —1后 总 T ［O］水平变化不大．可知钢液循环流量近饱和 ·824· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷