.630 北京科技大学学报 第31卷 026F 038 液位mm 0.22 液位mm 0-300 。-300 ◆-380 034 ◆380 0,18 +-430 4-430 0.14 030 0.10 026 0.06 022 0.02 10 203040 50 10 2030 40 50 转速r-min) 转速r,min) (@)滞留区体积分数 b)活塞流区体积分数 600 0.75 500 0.70 400r 0.65 300 0.60 液位mm 液位mm 0.55 。-300 200 。一300 ◆-380 -·一380 0.50 4-430 100 4-430 0.45 10 2030 40 50 10 2030 40 50 转速rmin) 转速/rmin) (©)混流区体积分数 (d平均停留时间 图5液位对中间包流动特性的影响 Fig-5 Effect of liquid level on the flow characteristics of a tundish 流在旋转力下，产生水平旋转（图6(b),沿圆形腔 加了一个旋转场，注流从出口出来时有一个较大的 中作水平漩流往下，旋转若干圈以后进入圆形腔水 初速度，同时方向也是偏向一侧，旋转速度越高，偏 口，再进入矩形腔，显然这将有助于延长钢液的平均 转也越厉害，因此，旋转磁场的转速对流场特性影 停留时间，在圆形腔出口，当无旋转中时，圆形腔出 响也很大，从上述各方案的实验结果可知，随着转 口水流垂直于挡坝表面（图6(c);而旋转时，圆形 速的增加，响应时间逐渐减小，这是因为转速的增 腔出口水流沿圆形腔的斜线进入矩形腔，与挡坝表 加，使出口处的注流初速度增加，可以更快地到达出 面成锐角（图6(d),由于圆形腔出口水流出现偏 水口，响应时间也就相应减小.相对于零转速下的 转，导致坝后上方的水流也产生偏流，此时在坝后上 情况，旋转运动的施加，增加了活塞区的体积，降低 方形成水平环流，且由于流动的惯性，在坝后下方也 了滞留区的体积分数，因此对提高钢液中夹杂物去 形成相似的环流，导致坝后的滞留区内仍然存在一 除效率更为有利：但旋转速度并不是越高越好，存在 定的流动，这可以从图6(h)观察出来，而无旋转时 一个最佳值，根据实验结果，在10~30 rad'min的 坝后的染料长时间无法散开（图6(g),说明此处确 范围内，活塞区比例大，滞留区很小，某些情况甚至 实为滞留区；此外，从图6()和G)也可看出，圆形腔 接近于零，效果非常好；但当转速增大到一定值后， 中无旋转时，坝后出现明显的无染料区，而圆形腔中 高流速的注流经过坝的阻挡向上的冲击力过大，会 施加旋转后，坝后方全部被染蓝，说明确实存在流动 冲开液面，导致液面不是很平稳，同时回流的速度减 将染料带至坝后方，圆形腔中旋转流动的产生对降 小，滞留区的体积增大，在实际冶炼过程中，高转速 低矩形腔中的滞留区非常有效，这些都表明，此种 会导致钢液冲开保护渣，使钢液二次氧化，因此转速 方案有利于钢液中夹杂物的去除，根据上述流场结 也不宜过高，从RTD曲线上可以看出，旋转运动的 构推断出的整个中间包中的流场形态如图7所示， 施加，降低了击穿流比例，增加了活塞区比例，对钢 电磁净化中间包与传统中间包最大的不同在于 液在中包中的温度均匀分布也更加有利，平均停留图5 液位对中间包流动特性的影响 Fig．5 Effect of liquid level on the flow characteristics of a tundish 流在旋转力下‚产生水平旋转（图6（b））‚沿圆形腔 中作水平漩流往下‚旋转若干圈以后进入圆形腔水 口‚再进入矩形腔‚显然这将有助于延长钢液的平均 停留时间．在圆形腔出口‚当无旋转中时‚圆形腔出 口水流垂直于挡坝表面（图6（c））；而旋转时‚圆形 腔出口水流沿圆形腔的斜线进入矩形腔‚与挡坝表 面成锐角（图6（d））．由于圆形腔出口水流出现偏 转‚导致坝后上方的水流也产生偏流‚此时在坝后上 方形成水平环流‚且由于流动的惯性‚在坝后下方也 形成相似的环流‚导致坝后的滞留区内仍然存在一 定的流动‚这可以从图6（h）观察出来‚而无旋转时 坝后的染料长时间无法散开（图6（g））‚说明此处确 实为滞留区；此外‚从图6（i）和（j）也可看出‚圆形腔 中无旋转时‚坝后出现明显的无染料区‚而圆形腔中 施加旋转后‚坝后方全部被染蓝‚说明确实存在流动 将染料带至坝后方‚圆形腔中旋转流动的产生对降 低矩形腔中的滞留区非常有效．这些都表明‚此种 方案有利于钢液中夹杂物的去除．根据上述流场结 构推断出的整个中间包中的流场形态如图7所示． 电磁净化中间包与传统中间包最大的不同在于 加了一个旋转场‚注流从出口出来时有一个较大的 初速度‚同时方向也是偏向一侧‚旋转速度越高‚偏 转也越厉害．因此‚旋转磁场的转速对流场特性影 响也很大．从上述各方案的实验结果可知‚随着转 速的增加‚响应时间逐渐减小．这是因为转速的增 加‚使出口处的注流初速度增加‚可以更快地到达出 水口‚响应时间也就相应减小．相对于零转速下的 情况‚旋转运动的施加‚增加了活塞区的体积‚降低 了滞留区的体积分数‚因此对提高钢液中夹杂物去 除效率更为有利；但旋转速度并不是越高越好‚存在 一个最佳值．根据实验结果‚在10～30rad·min —1的 范围内‚活塞区比例大‚滞留区很小‚某些情况甚至 接近于零‚效果非常好；但当转速增大到一定值后‚ 高流速的注流经过坝的阻挡向上的冲击力过大‚会 冲开液面‚导致液面不是很平稳‚同时回流的速度减 小‚滞留区的体积增大．在实际冶炼过程中‚高转速 会导致钢液冲开保护渣‚使钢液二次氧化‚因此转速 也不宜过高．从 RTD 曲线上可以看出‚旋转运动的 施加‚降低了击穿流比例‚增加了活塞区比例‚对钢 液在中包中的温度均匀分布也更加有利．平均停留 ·630· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷