刘福海等：承德100t顶吹脱磷钢包流场特性研究 65 拟计算，三种网格所得出的熔池流动速度如图3所示. 速度的2倍。因此，本文的仅针对中等网格的计算结 在三种网格模型中随机选取80个监测点，以观察 果进行分析与讨论 熔池速度变化规律.当熔池流速波动较小或在某一范 围内波动时认为熔池流场达到准稳态.如图3所示， 3实验结果 粗糙网格与中等网格所得结果的差异值为9.7%，中 3.1水模拟实验分析 等网格与优质网格所得结果的差异值小于1%（可忽 混匀时间标志着熔池搅拌能力的大小，混匀时间 略不计).因此可以认为在本文模拟计算条件下，当网 越短表示熔池混匀效果越好.在底吹流量均为1.2L/ 格数达到中等网格后，模拟结果受网格数影响可忽略 min的条件下，熔池混匀时间随氧枪倾角角度、顶吹流 不计.同时中等网格在计算速度上约为优质网格计算 量与枪位的变化规律如图4所示. 80 704 (b) 39 75 47 41 65 r450 430 65 60 39 47 114 55 5 /3o 500 50 34363840 44 120 130140150160170180190200 顶吹流量r,h 枪位/mm 图4不同复吹条件下混匀时间对比示意图.()混匀时间随顶吹流量变化规律：()混匀时间随顶吹枪位变化规律 Fig.4 Comparison of mixing time:(a)relations between the top-blowing rate and the mixing time:(b)relations between the lance height and the mixing time 如图4所示，在复吹条件下混匀时间随顶吹流量 优于角度小于43°的氧枪 的增大而减小，随枪位的上升而提高.43°氧枪的所得 图5为冲击直径随氧枪倾角角度、顶吹流量与枪 的混匀时间明显小于其他氧枪。通过对图4(b)数据 位的变化规律.如图所示冲击直径随顶吹流量和枪位 的分析可知，在枪位为125~150,150~175和175 的提高而增大.通过对图5(b)数据的分析可知，在枪 ~200mm时，其平均斜率分别为0.05,0.18和0.20， 位为125~150,150~175和175~200mm时，其平 这表示混匀时间的提高速度随枪位的上升而增大.同 均斜率分别为0.46,0.14和0.08，这表示冲击直径的 时45°和46°氧枪的混匀时间分别小于41°和39°氧枪 增大速度随枪位的上升而降低 的混匀时间，这表明氧枪倾角大于43°时搅拌效果要 1254 125 (b) 120 120 115 115 110 11039 10539° 15 41° 相 43 100 100 95 45, 45°， 9047 95 47° 30 323436384042 44 1201301401501601701801902002i0 顶吹流量m.h少 枪位mm 图5不同复吹条件下冲击直径对比示意图：()冲击直径随顶吹流量变化规律：(b)冲击直径随顶吹枪位变化规律 Fig.5 Comparison of impacting diameter:(a)relations between the topblowing rate and the impacting diameter:(b)relations between the lance height and the impacting diameter 在本文所研究的枪位范围内，通过分析图4(b)和 所研究的倾角角度范围内，倾角较小的氧枪可以获得 图5(b)可知，枪位为150mm时是混匀时间及冲击直 更大的冲击直径.尽管43°氧枪在顶吹流量为33.72 径随枪位变化的拐点.与混匀时间所不同，39°和41° mh时，其冲击直径大于41°氧枪.但根据结果统计 氧枪所得冲击直径均大于45°和47°氧枪.所以在本文 可知，43°氧枪所得冲击直径大小仍较小.刘福海等: 承德 100 t 顶吹脱磷钢包流场特性研究 拟计算，三种网格所得出的熔池流动速度如图 3 所示． 在三种网格模型中随机选取 80 个监测点，以观察 熔池速度变化规律． 当熔池流速波动较小或在某一范 围内波动时认为熔池流场达到准稳态． 如图 3 所示， 粗糙网格与中等网格所得结果的差异值为 9. 7% ，中 等网格与优质网格所得结果的差异值小于 1% ( 可忽 略不计) ． 因此可以认为在本文模拟计算条件下，当网 格数达到中等网格后，模拟结果受网格数影响可忽略 不计． 同时中等网格在计算速度上约为优质网格计算 速度的 2 倍． 因此，本文的仅针对中等网格的计算结 果进行分析与讨论． 3 实验结果 3. 1 水模拟实验分析 混匀时间标志着熔池搅拌能力的大小，混匀时间 越短表示熔池混匀效果越好． 在底吹流量均为 1. 2 L / min 的条件下，熔池混匀时间随氧枪倾角角度、顶吹流 量与枪位的变化规律如图 4 所示． 图 4 不同复吹条件下混匀时间对比示意图． ( a) 混匀时间随顶吹流量变化规律; ( b) 混匀时间随顶吹枪位变化规律 Fig． 4 Comparison of mixing time: ( a) relations between the top-blowing rate and the mixing time; ( b) relations between the lance height and the mixing time 如图 4 所示，在复吹条件下混匀时间随顶吹流量 的增大而减小，随枪位的上升而提高． 43°氧枪的所得 的混匀时间明显小于其他氧枪． 通过对图 4( b) 数据 的分析可知，在枪位为 125 ～ 150，150 ～ 175 和 175 ～ 200 mm 时，其平均斜率分别为 0. 05，0. 18 和 0. 20， 这表示混匀时间的提高速度随枪位的上升而增大． 同 时 45°和 46°氧枪的混匀时间分别小于 41°和 39°氧枪 的混匀时间，这表明氧枪倾角大于 43°时搅拌效果要 优于角度小于 43°的氧枪． 图 5 为冲击直径随氧枪倾角角度、顶吹流量与枪 位的变化规律． 如图所示冲击直径随顶吹流量和枪位 的提高而增大． 通过对图 5( b) 数据的分析可知，在枪 位为 125 ～ 150，150 ～ 175 和 175 ～ 200 mm 时，其平 均斜率分别为 0. 46，0. 14 和 0. 08，这表示冲击直径的 增大速度随枪位的上升而降低． 图 5 不同复吹条件下冲击直径对比示意图: ( a) 冲击直径随顶吹流量变化规律; ( b) 冲击直径随顶吹枪位变化规律 Fig． 5 Comparison of impacting diameter: ( a) relations between the top-blowing rate and the impacting diameter; ( b) relations between the lance height and the impacting diameter 在本文所研究的枪位范围内，通过分析图 4( b) 和 图 5( b) 可知，枪位为 150 mm 时是混匀时间及冲击直 径随枪位变化的拐点． 与混匀时间所不同，39°和 41° 氧枪所得冲击直径均大于 45°和 47°氧枪． 所以在本文 所研究的倾角角度范围内，倾角较小的氧枪可以获得 更大的冲击直径． 尽管 43°氧枪在顶吹流量为 33. 72 m3 / h 时，其冲击直径大于 41°氧枪． 但根据结果统计 可知，43°氧枪所得冲击直径大小仍较小． · 56 ·