·436 北京科技大学学报 第36卷 1 D=3.0D=1. D=3.C0=1A D=30 上浮D=30 D=18流B 流出=1. (c) 图4不同尺寸和形貌夹杂物运动轨迹图.(a)d=20μm:(b)d=40μm:(c)d=60μm:(d)d=80m Fig.4 Trajectories of inclusions with different sizes and morphologies.(a)d=20 um:(b)d=40 um:(c)d=60 um:(d)d=80 um 相对密度更大，与钢液的跟随性更强，不利于夹杂物 14 的上浮去除 12 3.3夹杂物的上浮去除率 10 由图4可以看出，在钢液流场相同的情况下，不 同形貌的A山，O,夹杂物颗粒的运动结果是不同的. 57 为了定量研究形貌结构对不同尺寸A山，0，夹杂物上 浮去除率的影响，将夹杂物颗粒从入口截面随机释 放，之后追踪该颗粒的运动轨迹.对同一夹杂物进 2 行重复模拟，对所有轨迹进行统计，可得该夹杂物的 20 40 0 80 上浮去除率.模拟结果显示，当模拟次数达到870 夹杂物颗粒直径μm 次后，夹杂物上浮去除率出现统计规律.不同尺寸 图6夹杂物上浮去除率降低百分率 和形貌的夹杂物上浮去除率如图5所示，形貌改变 Fig.6 Decrease in floating removal rate of inclusions 导致不同尺寸夹杂物上浮去除率降低如图6所示. 上浮去除率.从图6可以看出，直径为20、40、60和 90r 80μm的簇群状(D,=1.8)A山，03夹杂物相比于直 口-分形维数D=1.8 径为20、40、60和80um的球形(D,=3.0)AL,03夹 D-分形维数D-30 70 杂物，夹杂物上浮去除率降低百分率分别为4.8%、 60 5.7%、6.4%和12.5%.随着簇群状A山20，夹杂物 50 尺寸的增大，其内部单位体积微小颗粒之间填充的 钢液就增多.结果导致簇群状夹杂物的平均密度增 40 长比例变大，由夹杂物和钢液之间密度差引起的上 浮驱动力降低得就越多.因而随着尺寸的变大，簇 20 20 30405060708090 群状A山，O3夹杂物的上浮去除率相比于同尺寸致密 夹杂物颗粒直径/m 球形AL,O3夹杂物的上浮去除率降低得就越多. 图5不同尺寸和形貌夹杂物上浮去除率 Fig.5 Floating removal rate of inclusions with different sizes and 4结论 morphologies (1)中间包钢液流场和夹杂物形貌尺寸共同影 由图5可以看出：直径为20、40、60和80um的 响夹杂物在钢液中的运动行为.随着尺寸的增大， 实心球体(D=3.0)A山203夹杂物颗粒上浮去除率 两种形貌夹杂物上浮去除率都逐渐变大，簇群状 约为20%、35%、73%和80%：随着尺寸的变大，两 A山，O,夹杂物相比于同尺寸致密球形夹杂物，上浮 种形貌夹杂物上浮去除率都逐渐变大，并且簇群状 去除率降低 夹杂物颗粒的上浮去除率小于同尺寸球形夹杂物的 (2)直径为20、40、60和80um的簇群状(D=北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 4 不同尺寸和形貌夹杂物运动轨迹图． ( a) d = 20 μm; ( b) d = 40 μm; ( c) d = 60 μm; ( d) d = 80 μm Fig． 4 Trajectories of inclusions with different sizes and morphologies． ( a) d = 20 μm; ( b) d = 40 μm; ( c) d = 60 μm; ( d) d = 80 μm 相对密度更大，与钢液的跟随性更强，不利于夹杂物 的上浮去除． 3. 3 夹杂物的上浮去除率 由图 4 可以看出，在钢液流场相同的情况下，不 同形貌的 Al2O3 夹杂物颗粒的运动结果是不同的． 为了定量研究形貌结构对不同尺寸 Al2O3 夹杂物上 浮去除率的影响，将夹杂物颗粒从入口截面随机释 放，之后追踪该颗粒的运动轨迹． 对同一夹杂物进 行重复模拟，对所有轨迹进行统计，可得该夹杂物的 上浮去除率． 模拟结果显示，当模拟次数达到 870 次后，夹杂物上浮去除率出现统计规律． 不同尺寸 和形貌的夹杂物上浮去除率如图 5 所示，形貌改变 导致不同尺寸夹杂物上浮去除率降低如图 6 所示． 图 5 不同尺寸和形貌夹杂物上浮去除率 Fig． 5 Floating removal rate of inclusions with different sizes and morphologies 由图 5 可以看出: 直径为 20、40、60 和 80 μm 的 实心球体( Df = 3. 0) Al2O3 夹杂物颗粒上浮去除率 约为 20% 、35% 、73% 和 80% ; 随着尺寸的变大，两 种形貌夹杂物上浮去除率都逐渐变大，并且簇群状 夹杂物颗粒的上浮去除率小于同尺寸球形夹杂物的 图 6 夹杂物上浮去除率降低百分率 Fig． 6 Decrease in floating removal rate of inclusions 上浮去除率． 从图 6 可以看出，直径为 20、40、60 和 80 μm 的簇群状( Df = 1. 8) Al2O3 夹杂物相比于直 径为 20、40、60 和 80 μm 的球形( Df = 3. 0) Al2O3 夹 杂物，夹杂物上浮去除率降低百分率分别为 4. 8% 、 5. 7% 、6. 4% 和 12. 5% ． 随着簇群状 Al2O3 夹杂物 尺寸的增大，其内部单位体积微小颗粒之间填充的 钢液就增多． 结果导致簇群状夹杂物的平均密度增 长比例变大，由夹杂物和钢液之间密度差引起的上 浮驱动力降低得就越多． 因而随着尺寸的变大，簇 群状 Al2O3 夹杂物的上浮去除率相比于同尺寸致密 球形 Al2O3 夹杂物的上浮去除率降低得就越多． 4 结论 ( 1) 中间包钢液流场和夹杂物形貌尺寸共同影 响夹杂物在钢液中的运动行为． 随着尺寸的增大， 两种形貌夹杂物上浮去除率都逐渐变大，簇群状 Al2O3 夹杂物相比于同尺寸致密球形夹杂物，上浮 去除率降低． ( 2) 直径为 20、40、60 和 80 μm 的簇群状( Df = ·436·