赵立华等：RH真空室内气泡行为的研究 ·457· 表3气液两相流分布规律 Table 3 Regularities of the gas-liquid two-phase flow distribution 真空室液面高度/mm 上升管内含气率 真空室内气液两相流分布 上升管上方，不再呈现圆柱形，受真空室表面液体流动影 <40 上升管内含气率基本不改变 响，改变分布区域 含气率开始出现减小趋势，此阶段真空室液面高度开始上升管上方，不再呈现圆柱形，受真空室表面液体流动影 40-50 影响上升管内含气率，但仍然不稳定 响，改变分布区域 上升管上方及真空室表面，开始受真空室表面液体波动 50-80 含气率线性降低 影响 >80 基本不发生改变，含气率变化范围小于0.2% 上升管上方及真空室表面，受真空室液面高度影响减弱 时，增加量逐渐减小，含气率增加趋势减缓.从拟合 幅度发生变化，当超过4000L·min-1后，波动幅度增 曲线中可以看出增大吹气量，含气率不会明显增加， 加明显，意味着对真空槽内壁的侵蚀更加严重.因 并且拟合曲线R>0.99,拟合度较高.随着吹气量 此从含气率角度考虑，模型真空室液面高度为80 的增加，含气率不断增加，但是提升幅度开始减小， mm,提升气体流量为3500L·min-,而在实际生产 并不呈正比例增加.随着提升气体量的增加，上升 过程中对应真空室液面高度为480mm,提升气体流 管内的气泡量增多，真空室内气泡间的碰撞不断加 量为3500L·min1 剧，可见上升管内的含气率与提升气体量间的关系 2.2气泡在真空室内的停留时间 不是线性关系.气体量随着上升管内的含气率增加 图5为真空室液面高度与真空室内钢液停留时 而增加，在同一真空液面高度下，真空室内及上升管 间的关系，从图中可以看出，随着真空室液面高度的 内的气液两相流分布区域未发生改变 增加，钢液在真空室内的停留时间呈现先增大后减 少的规律.在30~80mm范围内，由于气泡行程增 26 真空室液面高度 ■50mm 加，而提升气体量带来的气泡速度基本不变，所以不 。80mm 24 ▲110mm 同高度下，气泡的停留时间不断增加.但当液面高 度超过80mm之后，气泡运动行程增加，但由此引起 22 的气泡上升浮力做功的增加，能量的改变带来后期 气泡速度增加，虽然气泡行程有所改变，但是气泡在 真空室内的停留时间达到一个平衡值，不再随真空 室液面高度的增加而变化.因此，真空室内液面高 度存在较优区间，当模型真空室液面高度在70~90 15002000 25003000350040004500 mm范围内时，钢液在真空室内停留时间达到最大 提升气体流量·min 值，达到0.74s:而在模型真空室液面高度超过90 图3上升管内的含气率与吹气量之间的关系 Fig.3 Relation between the blowing gas and gas fraction in the up mm后，真空室停留时间逐渐趋于稳定，但较高的真 leg 空室液面高度会导致钢液对真空室内壁的侵独 在李怡宏的研究中己经得到在不同的真空 图4为不同提升气体流量下真空室液面高度分 室液面高度下存在不同的流动形态，并可以利用刺 别为50、80及110mm时真空室正面气液两相流分 激响应曲线分析不同真空室液面高度下钢液在真 布情况.从图中可以明显看出，气泡数量随着提升 空室内的流动情况，包括正常的分布曲线形状，相较 气体流量的增加而增加，并在上升管侧真空室内壁 于正常曲线出峰较早的分布曲线形状以及流动中存 气泡分布区域不断扩大，含气率不断增加，提升气体 在的内循环曲线形状.图6为本模型得到的不同真 带入H内的动能增加，达到平衡时，气泡速度也随 空室液面高度随时间变化的刺激一响应曲线，从曲 之增加.在真空室内钢液表面，气液两相流上升管 线形状上分析，当真空室液面高度为40mm和60 上方处流向真空室内壁所导致的反向作用力，不断 mm时，停留时间分布曲线可能出现早出峰情况，存 增加.沿着真空室内壁的气液两相流范围增加.同 在短路流情况，其流动轨迹示意图如图7(1)所示； 时真空室内液面的波动在同一液面高度下，波动形 当真空室液面高度为100mm和120mm时，钢液量 式随着提升气体量的增加没有发生改变，但是波动 增多，流动情况复杂，停留时间分布曲线出现内循环赵立华等: ＲH 真空室内气泡行为的研究 表 3 气液两相流分布规律 Table 3 Ｒegularities of the gas--liquid two-phase flow distribution 真空室液面高度/mm 上升管内含气率 真空室内气液两相流分布 ＜ 40 上升管内含气率基本不改变 上升管上方，不再呈现圆柱形，受真空室表面液体流动影 响，改变分布区域 40 ～ 50 含气率开始出现减小趋势，此阶段真空室液面高度开始 影响上升管内含气率，但仍然不稳定 上升管上方，不再呈现圆柱形，受真空室表面液体流动影 响，改变分布区域 50 ～ 80 含气率线性降低 上升管上方及真空室表面，开始受真空室表面液体波动 影响 ＞ 80 基本不发生改变，含气率变化范围小于 0. 2% 上升管上方及真空室表面，受真空室液面高度影响减弱 时，增加量逐渐减小，含气率增加趋势减缓． 从拟合 曲线中可以看出增大吹气量，含气率不会明显增加， 并且拟合曲线 Ｒ2 ＞ 0. 99，拟合度较高． 随着吹气量 的增加，含气率不断增加，但是提升幅度开始减小， 并不呈正比例增加． 随着提升气体量的增加，上升 管内的气泡量增多，真空室内气泡间的碰撞不断加 剧，可见上升管内的含气率与提升气体量间的关系 不是线性关系． 气体量随着上升管内的含气率增加 而增加，在同一真空液面高度下，真空室内及上升管 内的气液两相流分布区域未发生改变． 图 3 上升管内的含气率与吹气量之间的关系 Fig． 3 Ｒelation between the blowing gas and gas fraction in the up leg 图 4 为不同提升气体流量下真空室液面高度分 别为 50、80 及 110 mm 时真空室正面气液两相流分 布情况． 从图中可以明显看出，气泡数量随着提升 气体流量的增加而增加，并在上升管侧真空室内壁 气泡分布区域不断扩大，含气率不断增加，提升气体 带入 ＲH 内的动能增加，达到平衡时，气泡速度也随 之增加． 在真空室内钢液表面，气液两相流上升管 上方处流向真空室内壁所导致的反向作用力，不断 增加． 沿着真空室内壁的气液两相流范围增加． 同 时真空室内液面的波动在同一液面高度下，波动形 式随着提升气体量的增加没有发生改变，但是波动 幅度发生变化，当超过 4000 L·min － 1后，波动幅度增 加明显，意味着对真空槽内壁的侵蚀更加严重． 因 此从含气率角度考虑，模型真空室液面高度为 80 mm，提升气体流量为 3500 L·min － 1，而在实际生产 过程中对应真空室液面高度为 480 mm，提升气体流 量为 3500 L·min － 1 ． 2. 2 气泡在真空室内的停留时间 图 5 为真空室液面高度与真空室内钢液停留时 间的关系，从图中可以看出，随着真空室液面高度的 增加，钢液在真空室内的停留时间呈现先增大后减 少的规律． 在 30 ～ 80 mm 范围内，由于气泡行程增 加，而提升气体量带来的气泡速度基本不变，所以不 同高度下，气泡的停留时间不断增加． 但当液面高 度超过 80 mm 之后，气泡运动行程增加，但由此引起 的气泡上升浮力做功的增加，能量的改变带来后期 气泡速度增加，虽然气泡行程有所改变，但是气泡在 真空室内的停留时间达到一个平衡值，不再随真空 室液面高度的增加而变化． 因此，真空室内液面高 度存在较优区间，当模型真空室液面高度在 70 ～ 90 mm 范围内时，钢液在真空室内停留时间达到最大 值，达到 0. 74 s; 而在模型真空室液面高度超过 90 mm 后，真空室停留时间逐渐趋于稳定，但较高的真 空室液面高度会导致钢液对真空室内壁的侵蚀． 在李怡宏［16］的研究中已经得到在不同的真空 室液面高度下存在不同的流动形态，并可以利用刺 激--响应曲线分析不同真空室液面高度下钢液在真 空室内的流动情况，包括正常的分布曲线形状，相较 于正常曲线出峰较早的分布曲线形状以及流动中存 在的内循环曲线形状． 图 6 为本模型得到的不同真 空室液面高度随时间变化的刺激--响应曲线，从曲 线形状上分析，当真空室液面高度为 40 mm 和 60 mm 时，停留时间分布曲线可能出现早出峰情况，存 在短路流情况，其流动轨迹示意图如图 7( 1) 所示; 当真空室液面高度为 100 mm 和 120 mm 时，钢液量 增多，流动情况复杂，停留时间分布曲线出现内循环 · 754 ·