Vol.28 No.2 彭世恒等：中间包内非等温流现象研究 ·117· 3.3Zb的临界值 4.240t板坯中间包内钢水流动特征 根据中间包内非等温流动出现的临界条件， 从20世纪50年代中间包开始工业应用以 由水模型的实验条件，可以计算出相应的Z弘值. 来，多数工程技术人员和研究工作者一直将中间 水的密度与温度的关系式为： 包当作一种等温反应器处理[2].但上述研究指 Pw=1000.63-0.056556t-0.00384857t2, 出：只有在钢包和中间包温差小于2~3℃才是等 则40℃时水的膨胀系数为3.673×10~4，由式 温流动，多数条件下应该把中间包看作是非等温 (9)可以得到中间包准数的计算式： 反应器. 26=Bgl 1999年装备40t中间包的板坯连铸机在梅 IATI= 钢投产，车间组织了对中间包内典型工艺参数的 3.673×104×9.81x0.35×1△T1= 直接测定， (8.3×10-3)2 (1)包内上下层温度，在浇铸过程中，选择 18.31×|△T1 中间包内距液面分别为200mm和800mm上下 实验得到的入流与中间包内流体之间温差 两点，插入热电偶探头在历时30min连续测量钢 士2℃是中间包内出现自然对流（非等温流动）的 水温度.结果发现，中间包熔池内上下层存在明 临界温差，则相应的临界Zb为36.62.即当Z弘 显温差，见图8 大于36.62时，中间包内存在非等温流动，Zb的 1620 值越大，非等温流动越明显；当Zb小于36.62 1610 时，中间包内不存在明显的非等温流动，Zb的值 1600 钢包温度 越小，强制对流越明显；当Zb的值在36.62左右 1590 1580 上部湿度 时，中间包内的自然对流现象不太明显，此时流体 雅1570 下部温度 流动形态受自然对流和强制对流共同控制 1560 1550 4讨论 15400 200 400 600 8001000 时间s 4,1中间包非等温流的数值模拟 图840t中间包内温度分层现象 图7所示为中间包内存在温差时钢水流动情 Fig.8 Temperature stratification in a 40t slab tundish by di- rect measurement 况的数值模拟结果，数值模拟描述的中间包内非 (2)停留时间.在相同条件下，利用向入流 等温流过程与水模拟观察结果十分吻合，其对临 加入铜屑作示踪剂、在结晶器内多次（每5s一次） 界条件的模拟也证实了水模型研究结果 取钢水样分析的方法，直接测定钢水在40t板坯 中间包内的停留时间.图9是测得的示踪剂的质 量分数曲线.图中可见，即使没有挡板，中间包内 也没有短路流动，测得的平均停留时间与等温条 件下的结果相差较大，值得指出的是，车间为了 延长钢水停留时间，按等温水模拟提出的方案，在 0.08 80.07 0.05 无挡板 0.04 有挡板 0.03 0.02 0.01 0 2004006008001000 (@正温差 b)负温差 时间s 图7中间包非等温流动的数值模拟 图940t中间包内钢水停留时间的测量结果 Fig.7 Numerical simulation of non-isothermal flow in a Fig.9 Measured results of steel resident time distri-bution in a tundish 40 t slab tundish。 彭世恒等 中间包内非等温流现象研究 的临界值 根据 中间包 内非等温 流 动出现 的临界 条 件 ， 由水模型 的实验条 件 ， 可 以计算 出相应 的 值 水的密度与温度 的关系式为 尸 “ 一 一 ， 则 ℃ 时水 的膨 胀 系 数 为 ’ 由式 可以得到 中间包准数 的计算式 ， 禽 乙白 一一百 ‘ 一 △ 一 火 · 一 ， △ △ 二 实验得 到 的入 流 与 中间包 内流 体 之 间温 差 士 ℃ 是 中间包 内出现 自然 对 流 非等温 流 动 的 临界温差 ， 则 相 应 的临界 为 即 当 大于 时 ， 中间包 内存在 非 等温 流 动 ， 的 值越 大 ， 非 等 温 流 动越 明 显 当 小 于 时 ， 中间包 内不 存在 明显 的非 等温 流 动 ， 的值 越小 ， 强制对 流越 明显 当 的值在 左 右 时 ， 中间包 内的 自然对流现象不太 明显 ， 此 时流体 流动形态受 自然对流和强 制对流共 同控制 讨论 中间包非等温流的数值模拟 图 所示 为中间包 内存在温差 时钢水流动情 况 的数值模拟 结果 数值模拟 描述 的中间包 内非 等温流过程 与水模拟 观察结果 十分吻 合 ， 其对 临 界条件的模拟也证实了水模型研究结果 板坯 中间包内钢水流动特征 从 世 纪 年代 中 间包 开 始 工 业 应 用 以 来 ， 多数工 程技术 人 员 和 研 究工 作 者一 直将 中间 包 当作 一 种等温 反 应 器 处 理〔 ’ 〕 但 上述研 究指 出 只有在钢包和 中间包温差 小于 一 ℃ 才是等 温流 动 ， 多数条 件下 应该把 中间包看 作是 非 等温 反应器 ‘ 年 装备 中间包 的板 坯 连 铸机 在 梅 钢投 产 ， 车间组 织 了对 中间包 内典 型工 艺参数 的 直接测定 包 内上 下层 温 度 在 浇铸过 程 中 ， 选 择 中间包 内距液 面 分别 为 和 上 下 两 点 ， 插入热 电偶探头在 历 时 连 续测 量钢 水温 度 结果发 现 ， 中间包熔 池 内上 下层 存在 明 显温 差 ， 见 图 沪 侧 明 二 八 一 八 沪了八 尹卜嗽二玩、 、 、淤丫、 二书厂交 上疵菠 了 下部温度 一 时间 中间包内温度分层现象 · 已 图 碑 山 · 停 留时 间 在 相 同条 件下 ， 利用 向入 流 加入铜屑作示踪剂 、 在结晶器 内多次 每 一次 取钢水样分析的方 法 ， 直接测 定钢水在 板坯 中间包 内的停 留时间 图 是测得 的示 踪剂 的质 量分数曲线 图中可见 ， 即使没有挡板 ， 中间包 内 也没有短路流 动 ， 测 得 的平均 停 留时 间与等温条 件下 的结果 相 差 较大 值得 指 出的是 ， 车 间为 了 延长钢水停 留时间 ， 按等温水模拟 提 出的方 案 ， 在 级尔鸽酬名买货岭芝 时间 中间包非等温流动的数值模拟 图 ， 中间包内钢水停留时间的测 结果 朋 图 ， 皿 。 · · 自 · ” 口