第9期 韩建军等：钢包底吹氩搅拌特性 .1087. lgH=K十a lgFr十ble十clTa十dlg十elgW 对于某个钢包而言，π通常无变化，可不作考 (4) 虑.本研究考虑的影响因素有修正弗劳德准数F、 式(4)表明，影响谐时性准数H的因素有五 液气密度比π。、熔池深径比π和吹气位置量纲为1 个，分别为修正弗劳德准数Fr、液气密度比πp、深 的量W.其相对应的物理量分别为吹气流量Q,气 径比π4、透气砖的有效面积π：和吹气位置量纲为 体密度P、熔池深度H和吹气位置心各影响因素、 1的量W. 水平及其对应的物理量列于表2 表2因素水平表 Table 2 Factors and levels 影响因素及对应物理量 水平 Fr'0- Q/(Lh) 下P P/(kgm3) TH H/m 1 ① 173 170 11200 0.09 1.158 0.85 2 ② 308 230 800 1.25 1.274 0.95 3 国 693 350 700 1.43 1.404 1.05 4 ④ 1559 520 560 1.79 1.505 1.15 5 ①+⑤ 6 ③+⑤ 7 ②+⑦ 8 ④+⑧ 注：w为底吹位置详见表3 对于吹气流量、熔池深度和吹气位置，容易实现 0.1553,π。=3993，元.=1.158~1.505，吹气位置为 模型与原型的特征参数完全一致：但要实现模型与 ③.将实验参数代入正交表内得到实验方案，每组 原型的液气密度比相等就较为困难.本研究实验过 方案各进行3次实验，共进行96次实验， 程中选用了四种气体，做到模型的液气密度比取值 电导*仪 范围对原型的覆盖，提高了实验结果的可信度， 电导华仪 示踪剂加入处 常选用混匀时间τ为评价指标，简单判断钢液 气压阀 的搅拌能力：混匀时间τ越短，对钢液搅拌能力越 数据记录仪 强.表述混匀时间的特征数为谐时性准数H。,本研 电导电极 究以谐时性准数为评价指标，吹气强度一定时，谐 钢包炉水模哑 流量计 储气罐 时性准数H越小，混匀时间τ越短. 电导电极透气塞 2.3实验方法及实验安排 本研究采用刺激响应方法进行水力学模拟 图3实验装置示意图 实验.实验采用的示踪剂为饱和KC溶液，电导测 Fig 3 Schenatic diagrm of experinental apparatus 量仪器为中国水利科学研究院的D8O0水工测量 仪，实验设备如图3所示， 3实验结果分析及讨论 按照正交表安排实验，根据选定的因素数及其 3.1吹气位置量化 对应的水平数，选用由标准正交表12(2)通过变 由于影响因素吹气位置为非数值量，回归分析 列处理得到的L2(8×4×25)表，详见表2表中 时应将其转化为数值量，本研究采用作图法将吹气 Q为实验中气体流量计显示的流量，与实验过程实 位置进行量化（具体变换方法可见文献[14]）各 际的气体流量Q,之间的关系为Q.=Q,。(气体 吹气位置对应的权值见表3 3.2准数方程 流量计说明书给定的关系式)其中，Q为实验过 由各组实验的混匀时间平均值可得对应方案的 程中的实际气体流量，L·h:0为空气密度，kg 谐时性准数， m3;p为气体密度，kgm3.原型的Fr=0.0173~ 采用0rgin软件进行逐步回归分析，得出评价第 9期 韩建军等： 钢包底吹氩搅拌特性 ｌｇＨ0＝Ｋ＋ａｌｇＦｒ′＋ｂｌｇπρ＋ｃｌｇπＨ ＋ｄｌｇπｄｎ ＋ｅｌｇＷ （4） 式 （4）表明‚影响谐时性准数 Ｈ0的因素有五 个‚分别为修正弗劳德准数 Ｆｒ′、液气密度比 πρ、深 径比 πＨ、透气砖的有效面积 πｄｎ和吹气位置量纲为 1的量 Ｗ． 对于某个钢包而言‚πｄｎ通常无变化‚可不作考 虑．本研究考虑的影响因素有修正弗劳德准数 Ｆｒ′、 液气密度比 πρ、熔池深径比 πＨ和吹气位置量纲为 1 的量 Ｗ．其相对应的物理量分别为吹气流量 Ｑ、气 体密度 ρｇ、熔池深度 Ｈ和吹气位置 ｗ．各影响因素、 水平及其对应的物理量列于表 2． 表 2 因素水平表 Ｔａｂｌｅ2 Ｆａｃｔｏｒｓａｎｄｌｅｖｅｌｓ 水平 影响因素及对应物理量 ｗ Ｆｒ′／10－4 ＱＡ／（Ｌ·ｈ－1） πρ ρｇ／（ｋｇ·ｍ－3） πＨ Ｈ／ｍ 1 ① 173 170 11200 0∙09 1∙158 0∙85 2 ② 308 230 800 1∙25 1∙274 0∙95 3 ③ 693 350 700 1∙43 1∙404 1∙05 4 ④ 1559 520 560 1∙79 1∙505 1∙15 5 ① ＋⑤ － － － － － － 6 ③ ＋⑥ － － － － － － 7 ② ＋⑦ － － － － － － 8 ④ ＋⑧ － － － － － － 注：ｗ为底吹位置详见表 3． 对于吹气流量、熔池深度和吹气位置‚容易实现 模型与原型的特征参数完全一致；但要实现模型与 原型的液气密度比相等就较为困难．本研究实验过 程中选用了四种气体‚做到模型的液气密度比取值 范围对原型的覆盖‚提高了实验结果的可信度． 常选用混匀时间 τ为评价指标‚简单判断钢液 的搅拌能力：混匀时间 τ越短‚对钢液搅拌能力越 强．表述混匀时间的特征数为谐时性准数 Ｈ0．本研 究以谐时性准数为评价指标．吹气强度一定时‚谐 时性准数 Ｈ0越小‚混匀时间 τ越短． 2∙3 实验方法及实验安排 本研究采用 “刺激--响应 ”方法进行水力学模拟 实验．实验采用的示踪剂为饱和 ＫＣｌ溶液‚电导测 量仪器为中国水利科学研究院的 ＤＪ800水工测量 仪．实验设备如图 3所示． 按照正交表安排实验‚根据选定的因素数及其 对应的水平数‚选用由标准正交表 Ｌ32 （2 31 ）通过变 列处理得到的 Ｌ32 （8×4 3 ×2 15 ）表‚详见表 2．表中 ＱＡ为实验中气体流量计显示的流量‚与实验过程实 际的气体流量 Ｑｍ之间的关系为 Ｑｍ ＝ＱＡ ρａｉｒ ρｇ （气体 流量计说明书给定的关系式 ）．其中‚Ｑｍ为实验过 程中的实际气体流量‚Ｌ·ｈ －1；ρａｉｒ为空气密度‚ｋｇ· ｍ －3；ρｇ为气体密度‚ｋｇ·ｍ －3．原型的 Ｆｒ′＝0∙0173～ 0∙1553‚πρ＝3993‚πＨ ＝1∙158～1∙505‚吹气位置为 ③．将实验参数代入正交表内得到实验方案．每组 方案各进行 3次实验‚共进行 96次实验． 图 3 实验装置示意图 Ｆｉｇ．3 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｐｐａｒａｔｕｓ 3 实验结果分析及讨论 3∙1 吹气位置量化 由于影响因素吹气位置为非数值量‚回归分析 时应将其转化为数值量．本研究采用作图法将吹气 位置进行量化 （具体变换方法可见文献 ［14］ ）．各 吹气位置对应的权值见表 3． 3∙2 准数方程 由各组实验的混匀时间平均值可得对应方案的 谐时性准数． 采用 Ｏｒｉｇｉｎ软件进行逐步回归分析‚得出评价 ·1087·