D0L:10.13374h.issn1001-053x.2007.s1.015 第29卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.29 Suppl.1 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 兴澄特钢中间包结构优化 阮小江李京社王剑斌杨树峰唐海燕王玉刚 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要以兴澄特钢连铸中间包为工程背景，根据相似原理建立了中间包水模型系统，研究了4流不同结构的中间包 的流体流动特性.研究表明：原结构的中间包同一侧的两流之间的流体流动特性存在很大差异，与内侧流相比，外侧 流的最小停留时间、峰值时间小，死区体积大，造成中间包内钢液温度不均匀，夹杂物不能有效地上浮去除，不能很 好地满足高质量特钢生产的要求.采用优化后的挡墙和坝组合的中间包控流装置，外侧和内侧的停留时间分布趋于一 致，表明外侧流和内侧流之间流动特性相近.中间包结构优化后平均死区百分数由原结构的58.2%降低到10.9%. 关键词连铸：中间包：水力学模拟：结构优化 分类号TF777.2 连铸中间包的控流元件（挡渣墙和挡渣堰等） 模型比例系数： 的设置，对中间包内夹杂物的上浮及均匀钢水温度 K=L模型L原型 (2) 起着重要的作用.对于多流连铸中间包，各流出口 根据相似理论计算，流量比为： 温度及所含夹杂物的大小和数量会有一定的差异， 从而给铸坯质量控制带来困难.因此，寻找合理的 Q模型/Q隙型=K52 (3) 中间包控流元件的设置，对多流连铸中间包来说具 其速度比为： 有重要的意义-) u模型/u原型=K2 (4) 针对兴澄特钢连铸机T型中间包存在钢液分配 本实验选取模型比例系数K=1/2.5,则可根据实 不均，造成1、4流钢液温度偏低的现象，采用中间 际拉速确定实验中所对应水的流量.模型与原型中 包水模型研究，以求从钢包来的热钢液到中间包各 间包的参数示于表1. 出水口分配均匀，平均停留时间基本保持一致，最 大限度地提高钢液在中间包内的停留时间，促使夹 表1中间包厚型与模型对应的工艺参数 杂上浮排除，提高铸坯质量. 实验参数 原型 模型 水口流速/(mmin) 0.9 0.768 1水力学模拟的原理 工作液面/mm 800 320 流间距/mm 1250 500 1.1相似准则 单个水口流量/(mh 0.177 0.117 水口插入液面深度/mm 250 100 中间包内钢液的流动，是钢液在重力作用下由 钢包水口流入中间包，然后从中间包水口流出.此 1.2混合模型分析5-61 种情况下，一般可视为粘性不可压缩稳态流动，因 当流体稳定地流经反应器时，由于进出反应器 此系统只要满足几何相似、运动相似和动力学相似， 的流体质量守恒，所以反应器内的流体总量恒定， 就可以满足模型和原型的相似.中间包内钢液流动 但在某一时刻进入反应器的定量流体由于其各部分 与模型中水的流动处于同一自模化区，所以只要保 在反应器内所走的路径不同，因而到达反应器出口 证模型和原型的F,准数相等，就可以保证模型和原 的时间各不相同，据此可以将反应器区分为活塞区、 型的相似.由(F,)模型=(F,)原型可得： 全混区和死区（如图1）. “预型-u原型 (1) 活塞区：该区的流动是一种理想状态，它假设 L模型8L睬型 通过反应器的流体均沿同一方向，以相同的速度向 收精日期：2007-03-01 修回日期：2007-05-1 作者简介：阮小江(1969一)，男，高级工程师，博士第 29 卷 增刊 1 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol.29 Suppl.1 2007 年 6 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 收稿日期：2007−03−01 修回日期：2007−05−1 作者简介：阮小江(1969—)，男，高级工程师，博士 兴澄特钢中间包结构优化 阮小江 李京社 王剑斌 杨树峰 唐海燕 王玉刚 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 摘 要 以兴澄特钢连铸中间包为工程背景，根据相似原理建立了中间包水模型系统，研究了 4 流不同结构的中间包 的流体流动特性．研究表明：原结构的中间包同一侧的两流之间的流体流动特性存在很大差异，与内侧流相比，外侧 流的最小停留时间、峰值时间小，死区体积大，造成中间包内钢液温度不均匀，夹杂物不能有效地上浮去除, 不能很 好地满足高质量特钢生产的要求．采用优化后的挡墙和坝组合的中间包控流装置，外侧和内侧的停留时间分布趋于一 致，表明外侧流和内侧流之间流动特性相近．中间包结构优化后平均死区百分数由原结构的 58.2%降低到 10.9%． 关键词 连铸；中间包；水力学模拟；结构优化 分类号 TF 777.2 连铸中间包的控流元件(挡渣墙和挡渣堰等) 的设置，对中间包内夹杂物的上浮及均匀钢水温度 起着重要的作用．对于多流连铸中间包，各流出口 温度及所含夹杂物的大小和数量会有一定的差异， 从而给铸坯质量控制带来困难．因此，寻找合理的 中间包控流元件的设置，对多流连铸中间包来说具 有重要的意义[1-3]． 针对兴澄特钢连铸机 T 型中间包存在钢液分配 不均，造成 1、4 流钢液温度偏低的现象，采用中间 包水模型研究，以求从钢包来的热钢液到中间包各 出水口分配均匀，平均停留时间基本保持一致，最 大限度地提高钢液在中间包内的停留时间，促使夹 杂上浮排除,提高铸坯质量． 1 水力学模拟的原理 1.1 相似准则 中间包内钢液的流动，是钢液在重力作用下由 钢包水口流入中间包，然后从中间包水口流出．此 种情况下，一般可视为粘性不可压缩稳态流动．因 此系统只要满足几何相似、运动相似和动力学相似， 就可以满足模型和原型的相似．中间包内钢液流动 与模型中水的流动处于同一自模化区，所以只要保 证模型和原型的 Fr 准数相等，就可以保证模型和原 型的相似[4]．由 ( ( F F r r ）= ） 模型 原型 可得： u u gL gL 2 2 模型 原型 模型 原型 = (1) 模型比例系数： K=L 模型 /L 原型 (2) 根据相似理论计算，流量比为： Q 模型/Q 原型=K5/2 (3) 其速度比为： u 模型/u 原型=K1/2 (4) 本实验选取模型比例系数K=1/2.5，则可根据实 际拉速确定实验中所对应水的流量．模型与原型中 间包的参数示于表1． 表 1 中间包厚型与模型对应的工艺参数 实验参数 原型 模型 水口流速 / (m⋅min−1 ) 0.9 0.768 工作液面 / mm 800 320 流间距 / mm 1250 500 单个水口流量 / (m3 ⋅h−1 ) 0.177 0.117 水口插入液面深度 / mm 250 100 1.2 混合模型分析[5-6] 当流体稳定地流经反应器时，由于进出反应器 的流体质量守恒，所以反应器内的流体总量恒定， 但在某一时刻进入反应器的定量流体由于其各部分 在反应器内所走的路径不同，因而到达反应器出口 的时间各不相同，据此可以将反应器区分为活塞区、 全混区和死区(如图 1)． 活塞区：该区的流动是一种理想状态，它假设 通过反应器的流体均沿同一方向，以相同的速度向 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.s1.015