.626 北京科技大学学报 第31卷 此外，这种方法还具有无需与钢液接触、大型夹杂物 速度比： 去除效果明显及夹杂物可开路排放等特点而成为钢 Vm/V。=λ0.5=0.707. 液净化去除夹杂的一种颇具潜力的方法，本文对中 流量比： 间包电磁净化技术中，不同旋转速度和不同中间包 Qm/Q,=X2-5=0.177. 控流装置参数的流场特性进行了水模拟研究，以期 式中，入为几何相似比；Lm为模型几何尺寸，m;Lp 掌握电磁净化中间包的传输特点，为中间包电磁净 为原型几何尺寸，m;Vm为模型流体流速，ms一； 化技术的实际应用提供参考， V。为原型流体流速，ms;Qm为模型流体流量， 1实验原理和方案 Lh;Q。为原型流体流量，Lh1 根据上述比例关系，就可以由模型实验结果推 1.1实验原理 水模拟研究的依据是相似原理12]，即模型与原 断出实际生产条件下中间包的传输特性， 1.2实验装置 型中液体流动几何相似和动力相似，对于动力相 针对国内某厂18t中间包，用有机玻璃按照 似，要求模型与原型中的流体的雷诺准数R和弗 1:2的比例制作中间包模型；旋转室的漩流由插入 劳德准数F分别相等；相似原理认为，当模拟系统 圆形腔中带流线型挡板的有机玻璃圆桶旋转产生， 进入第二自模化区域，处于自模化状态，即该系统的 用来模拟旋转磁场驱动钢液旋转：旋转电机采用变 流动状态和流速与雷诺数无关.经计算，本实验的 频装置无极调速，转速可在0~60rmin1之间任意 原型与模型流体的雷诺数均已进入第2自模化区 设定，在大包长水口靠近大包底部处设置示踪剂加 域，因此只考虑保证模型与原型的弗劳德数相等，即 入口，在中间包出水口处设置电导电极，通过信号转 可达到动力相似，为了模拟更为真实和准确，根据 换，信号输入计算机可以实时记录水中盐水浓度变 实验条件，选择模型与原型的相似关系如下， 化情况，最小的采样时间间隔为100ms,实验装置 尺寸比： 如图1所示. Lm/Lp=入=0.5. 坝距 1一钢包：2一加示踪剂柱塞：3一电动机；4一旋转室；5一搅拌桨；6一挡墙；7一分配室；8一出口：9一挡坝： 10一电导探头：11一电导仪：12一塞棒；13一计算机处理终端 图1水模拟实验装置示意图 Fig-I Schematic of experimental devices of a water model 1.3实验方法 在中间包内的实际平均停留时间t3],计算式如 采用“刺激响应”技术，使用饱和KCl溶液为 下： 示踪剂，当中间包液面达到规定值，且流速稳定后， te(t)dt ∑tc()△ 在钢包长水口处迅速加入示踪剂，在示踪剂加入瞬 ta (1) ∠c(t)△t 间开始计时，并连续监测和记录（采样间隔：0.2s)中 c(t)dt 间包水口处流体的电导率变化，得出流体浓度随时 式中，t为停留时间，c(t)为t时间内的示踪剂的浓 间变化的分布曲线(RTD曲线)·根据RTD曲线， 度 得出从长水口注流加入示踪剂开始到流出中间包水 中间包内流体体积可分为分散活塞区体积、滞 口时的最小停留时间（响应时间）tmn和示踪剂浓度 流区体积和完全混合流体积，其中，滯流区体积分 c达到最大时的峰值间tpe,并以此计算出各微团 数Va由下式计算：此外‚这种方法还具有无需与钢液接触、大型夹杂物 去除效果明显及夹杂物可开路排放等特点而成为钢 液净化去除夹杂的一种颇具潜力的方法．本文对中 间包电磁净化技术中‚不同旋转速度和不同中间包 控流装置参数的流场特性进行了水模拟研究‚以期 掌握电磁净化中间包的传输特点‚为中间包电磁净 化技术的实际应用提供参考． 1 实验原理和方案 1∙1 实验原理 水模拟研究的依据是相似原理［12］‚即模型与原 型中液体流动几何相似和动力相似．对于动力相 似‚要求模型与原型中的流体的雷诺准数 Re 和弗 劳德准数 Fr 分别相等；相似原理认为‚当模拟系统 进入第二自模化区域‚处于自模化状态‚即该系统的 流动状态和流速与雷诺数无关．经计算‚本实验的 原型与模型流体的雷诺数均已进入第2自模化区 域‚因此只考虑保证模型与原型的弗劳德数相等‚即 可达到动力相似．为了模拟更为真实和准确‚根据 实验条件‚选择模型与原型的相似关系如下． 尺寸比： L m／Lp＝λ＝0∙5． 速度比： V m／V p＝λ0∙5＝0∙707． 流量比： Qm／Qp＝λ2∙5＝0∙177． 式中‚λ为几何相似比；L m 为模型几何尺寸‚m；Lp 为原型几何尺寸‚m；V m 为模型流体流速‚m·s —1 ； V p 为原型流体流速‚m·s —1 ；Qm 为模型流体流量‚ L·h —1 ；Qp 为原型流体流量‚L·h —1． 根据上述比例关系‚就可以由模型实验结果推 断出实际生产条件下中间包的传输特性． 1∙2 实验装置 针对国内某厂18t 中间包‚用有机玻璃按照 1∶2的比例制作中间包模型；旋转室的漩流由插入 圆形腔中带流线型挡板的有机玻璃圆桶旋转产生‚ 用来模拟旋转磁场驱动钢液旋转；旋转电机采用变 频装置无极调速‚转速可在0～60r·min —1之间任意 设定．在大包长水口靠近大包底部处设置示踪剂加 入口‚在中间包出水口处设置电导电极‚通过信号转 换‚信号输入计算机可以实时记录水中盐水浓度变 化情况‚最小的采样时间间隔为100ms．实验装置 如图1所示． 1—钢包；2—加示踪剂柱塞；3—电动机；4—旋转室；5—搅拌桨；6—挡墙；7—分配室；8—出口；9—挡坝； 10—电导探头；11—电导仪；12—塞棒；13—计算机处理终端 图1 水模拟实验装置示意图 Fig．1 Schematic of experimental devices of a water model 1∙3 实验方法 采用“刺激—响应”技术‚使用饱和 KCl 溶液为 示踪剂．当中间包液面达到规定值‚且流速稳定后‚ 在钢包长水口处迅速加入示踪剂‚在示踪剂加入瞬 间开始计时‚并连续监测和记录（采样间隔：0∙2s）中 间包水口处流体的电导率变化‚得出流体浓度随时 间变化的分布曲线（RTD 曲线）．根据 RTD 曲线‚ 得出从长水口注流加入示踪剂开始到流出中间包水 口时的最小停留时间（响应时间） tmin和示踪剂浓度 c 达到最大时的峰值间 tpeak‚并以此计算出各微团 在中间包内的实际平均停留时间 ta ［13］．计算式如 下： ta＝∫ ∞ 0 tc（ t）d t ∫ ∞ 0 c（ t）d t ＝ ∑tc（ t）Δt ∑c（ t）Δt （1） 式中‚t 为停留时间‚c（ t）为 t 时间内的示踪剂的浓 度． 中间包内流体体积可分为分散活塞区体积、滞 流区体积和完全混合流体积．其中‚滞流区体积分 数 V d 由下式计算： ·626· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷