·542· 北京科技大学学报 第33卷 夹杂物体积分数大于入口处体积分数.夹杂物的上 物则被钢液带走，从而造成夹杂物去除率的波动 浮为非稳态过程. 同时上浮的夹杂物主要集中在中间包出口上方，且 对于钢液内的夹杂物来讲，其主要受到两种力 并不能完全被覆盖剂吸收，随着浇注的进行，此处形 控制，其一为由密度差造成的浮力，另一种为由动量 成了夹杂物的积聚，对于粒径小于20μm的小型夹 传递造成的拖曳力.夹杂物受到的浮力在其粒径确 杂物来讲，其受钢液湍流影响则更加明显，在钢液湍 定后则为常数，而拖曳力与钢液的湍动能有关，因此 动能异常变化过程中，聚集的夹杂物被钢液带出中 夹杂物处于一种不稳定的平衡状态，当局部钢液湍 间包，从而形成小型夹杂物在出口处的增加，其过程 动能增加，夹杂物受到的拖曳力大于其浮力时，夹杂 如图4所示. 夹杂物体积分数 (a) 夹杂物体积分数 b (112.133x10 (112.133x10- (102.016x10 (102.016x10 9)1.900x10- (91900x10H 81.783x10H 8)1,783×10+ 71667104 71.667x10+ (61550x10- 61550x10+ (5)1.434×10 51.434×10 (41.317x10- 41317×10H 31201×10-0 1.0 2.0m 31201×10- 2.0m 2L084x10H 05 15 21.084×10H (19.678×103 (19.678x10 图4小粒径夹杂物去除率波动示意图.()顶面夹杂物聚集：(b)聚集夹杂物被卷出 Fig.4 Fluctuation of percentage of inclusion removal for inclusions with fewer diameters:(a)assemble of inclusions at top surface:(b)inclusions assembling is taken away 浸泡试样的电解质溶液中，通直流电时，两极分别发 3实验验证结果 生电极反应，溶解液中阴、阳离子在电场作用下，分 在国内某钢厂浇注过程中取样，治炼工况为 别向两极移动，阳极使少部金属以离子形式转入溶 拉速1.4m·min-,中间包结构为带有过滤器的 液，而夹杂物将沉集于阳极泥中.然后再通过淘洗、 最优结构，大包吨数为300t.在浇注前在中间包 磁选和筛选等方法得到粒径在53μm以上的大型夹 入口处取提桶样，大包浇注剩余200t时，在中间 杂物.对夹杂物称重、分级，将试样原始质量减去电 包浸入式水口处取提桶样，大包浇注剩余100t 解后残样质量得到电解质量，再将夹杂物质量与10 时，在中包浸入式水口处取提桶样.对提桶样进 倍的电解质量相比，得出各级大型夹杂物及夹杂总 行大样电解 量在每10kg试样中的比例.大样电解结果数据如 大样电解是根据电化学原理，把两个电极插入 表2所示. 表2带过滤器中间包中夹杂物含量 Table 2 Content of inclusions in the tundish with a filter 取样 电解 夹杂 不同等级夹杂物含量/(mg~kg1) 夹杂总量/ 位置 质量/kg 质量/m唱 53~106μm 106150um >150μm (mgkg-1) 中间包入口处 0.349 21.7 0.02 0.10 2.05 62.18 大包剩余200t时中包浸入式水口处 0.308 1.5 0.01 0.03 0.11 4.87 大包剩余100：时中包浸入式水口处 0.429 1.1 0.01 0.02 0.08 2.56 图5为浇注过程中夹杂物去除率的对比图，折 4结论 线为模拟数据，取点为实验数据，其中模拟计算 500s对应实验大包剩余200t时刻，模拟计算1000s (1)通过对夹杂物运动轨迹的分析发现，穿过 对应实验大包剩余100t时刻.从图中可以看出，模 过滤器的夹杂物受过滤器影响速率降低，在中间包 拟数据与实验数据有较好的吻合度，说明模型有一 内的停留时间增大，去除率增加 定的准确性，对现场生产有一定的指导意义. (2)中间包对粒径小于20um的夹杂物去除不北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 夹杂物体积分数大于入口处体积分数． 夹杂物的上 浮为非稳态过程． 对于钢液内的夹杂物来讲，其主要受到两种力 控制，其一为由密度差造成的浮力，另一种为由动量 传递造成的拖曳力． 夹杂物受到的浮力在其粒径确 定后则为常数，而拖曳力与钢液的湍动能有关，因此 夹杂物处于一种不稳定的平衡状态，当局部钢液湍 动能增加，夹杂物受到的拖曳力大于其浮力时，夹杂 物则被钢液带走，从而造成夹杂物去除率的波动． 同时上浮的夹杂物主要集中在中间包出口上方，且 并不能完全被覆盖剂吸收，随着浇注的进行，此处形 成了夹杂物的积聚，对于粒径小于 20 μm 的小型夹 杂物来讲，其受钢液湍流影响则更加明显，在钢液湍 动能异常变化过程中，聚集的夹杂物被钢液带出中 间包，从而形成小型夹杂物在出口处的增加，其过程 如图 4 所示． 图 4 小粒径夹杂物去除率波动示意图 . ( a) 顶面夹杂物聚集; ( b) 聚集夹杂物被卷出 Fig． 4 Fluctuation of percentage of inclusion removal for inclusions with fewer diameters: ( a) assemble of inclusions at top surface; ( b) inclusions assembling is taken away 3 实验验证结果 在国内某钢厂浇注过程中取样，冶炼工况为 拉速 1. 4 m·min － 1 ，中间包结构为带有过滤器的 最优结构，大包吨数为 300 t． 在浇注前在中间包 入口处取提桶样，大包浇注剩余 200 t 时，在中间 包浸入式水口处取提桶样，大 包 浇 注 剩 余 100 t 时，在中包浸入式水口处取提桶样． 对提桶样进 行大样电解． 大样电解是根据电化学原理，把两个电极插入 浸泡试样的电解质溶液中，通直流电时，两极分别发 生电极反应，溶解液中阴、阳离子在电场作用下，分 别向两极移动，阳极使少部金属以离子形式转入溶 液，而夹杂物将沉集于阳极泥中． 然后再通过淘洗、 磁选和筛选等方法得到粒径在 53 μm 以上的大型夹 杂物． 对夹杂物称重、分级，将试样原始质量减去电 解后残样质量得到电解质量，再将夹杂物质量与 10 倍的电解质量相比，得出各级大型夹杂物及夹杂总 量在每 10 kg 试样中的比例． 大样电解结果数据如 表 2 所示． 表 2 带过滤器中间包中夹杂物含量 Table 2 Content of inclusions in the tundish with a filter 取样 位置 电解 质量/kg 夹杂 质量/mg 不同等级夹杂物含量/( mg·kg － 1 ) 53 ～ 106 μm 106 ～ 150 μm ＞ 150 μm 夹杂总量/ ( mg·kg － 1 ) 中间包入口处 0. 349 21. 7 0. 02 0. 10 2. 05 62. 18 大包剩余 200 t 时中包浸入式水口处 0. 308 1. 5 0. 01 0. 03 0. 11 4. 87 大包剩余 100 t 时中包浸入式水口处 0. 429 1. 1 0. 01 0. 02 0. 08 2. 56 图 5 为浇注过程中夹杂物去除率的对比图，折 线为 模 拟 数 据，取点为实验数据，其 中 模 拟 计 算 500 s对应实验大包剩余 200 t 时刻，模拟计算 1 000 s 对应实验大包剩余 100 t 时刻． 从图中可以看出，模 拟数据与实验数据有较好的吻合度，说明模型有一 定的准确性，对现场生产有一定的指导意义． 4 结论 ( 1) 通过对夹杂物运动轨迹的分析发现，穿过 过滤器的夹杂物受过滤器影响速率降低，在中间包 内的停留时间增大，去除率增加． ( 2) 中间包对粒径小于 20 μm 的夹杂物去除不 ·542·