刘洋等：210RH精炼过程的混匀特性 17* 混匀时间大于90s. 2.4RH钢包流场PIV测速 某钢厂RH在进行轻处理工艺时，真空室压力一 本试验对不同浸入深度与吹气量的RH钢包流场 般维持在4kPa至5kPa之间，由图4看出，该压力范围 进行了PV测速，以浸入深度560mm、吹气量1600L· 下混匀时间较本处理增加不是很大，能很好地对钢液 min1工况为例进行分析，图6为RH钢包流场不同截 进行搅拌混匀 面的PIV测速结果. 100 上升管-下降管截面流场如图6(a),该截面内钢 95 液流动形式主要是由下降管到上升管的循环流动以及 下降流股与包壁间形成的回流，它们的流速大于0.05 90 ms,其中下降流股速度大于0.1ms,最大流速位 于下降管出口为0.26ms.另外还存在两处回流区 85 分别位于下降流股与上升流股间以及下降管与包壁 间，它们的速度小于0.05m·s.回流区的存在，加强 RH轻处理 了钢包内钢液的搅拌，促进了能量的交换，有利于钢液 75 的混匀.两浸渍管之间及浸渍管与包壁之间的区域流 10 20 速小于0.01ms,是不活跃的区域.图6(b)为下降 真室压力从P 管截面流场，钢液在下降流股与包壁间形成了回流区， 图4不同真空室压力下的混匀时间 下降流股速度大于0.09ms,回流区速度在0.01~ Fig.4 Mixing time in the different vacuum chamber pressures 0.09ms之间.下降管与包壁间的区域为不活跃区 2.3吹气孔堵塞对混匀时间的影响 域，速度小于0.01ms.图6(c)为上升管截面流场， 吹气孔堵塞情况及其对混匀时间的影响如图5 钢液沿包壁攀升，一部分汇入上升管，速度大于0.03 所示。本试验模型的真空室上升管壁四周有两层交 ms1;另一部分向下形成回流，速度在0.01~0.03m· 错排布的吹气孔，吹气孔直径0.75mm,每层6个共 s之间，右侧流速略大于左侧.由于存在速度差，在 12个.试验时，上下两层吹气孔按标号1~6顺序依 中心处两回流发生交汇，速度较小的左侧回流汇入右 次堵塞 侧回流并向上流入上升管，使右侧流量增大，流场出现 由试验结果可以知，混匀时间随着吹气孔堵塞个 不对称.上升管与包壁间的区域为不活跃区域，速度 数的增加先减小后增加.在1个吹气孔堵塞时，混匀 小于0.01ms. 时间较不堵塞的情况下更小；当2个吹气孔堵塞时，混 综合三个流场可以发现，H钢包内钢液流动主 要是从下降管到上升管的循环流动以及下降流股周围 匀时间显著增加：当吹气孔堵塞超过2个时，混匀时间 超过90$.在吹气孔堵塞较少时，气泡均匀分布在上升 的回流运动，不活跃区域主要集中在浸渍管浸入深度 以上的区域内.依照RH钢包流场的特点，可以将钢 管内，对管内流场的影响很小，反而因为气孔堵塞增大 包流场划分为三个不同的层，如图6中虚线所划分：钢 了其他气孔的吹气量，使混匀时间有所减小；吹气孔堵 包底部到下降流股周围的回流区上边界为混匀层，这 塞个数继续增加，改变了上升管内气泡的分布，使管内 一层是钢包混匀的主要区域，上升管与下降管间的循 流场扰动增加，影响钢液的循环流动，混匀时间也随之 环流动以及下降流股周围的回流运动极大促进了钢液 变大 的混匀：混匀层往上到浸渍管底部为过渡层，在本层内 105 真空室与钢包进行钢液交换，浸渍管流出（入）的钢液 100 速度快、流向一致，与周围钢液几乎没有物质与能量交 换；过渡层往上到液面为不活跃层，受浸渍管的影响， 95 本层被分割成许多分散的小区域，层内的物质与能量 90 交换受阻，与流速较小的过渡层也没有太多的物质与 能量交换，故为不活跃层. 2.5RH钢包流场数值摸拟 ×上层气孔 图7是浸入深度400mm、下降管内钢液流速0.3 o下层气孔 75 3 ms条件下，RH钢包流场数值模拟结果.可以看出 吹气孔堵塞数量 RH钢包流场数值模拟与PV测速得到的流场结构基 图5吹气孔堵塞对混匀时间的影响 本一致，但也有所区别：如图7(a)所示，钢液在上升管 Fig.5 Effect of blockage of blowing air hole on the mixing time 与下降管之间向下流动较强烈，速度为0.04m·s1,导刘 洋等: 210tＲH 精炼过程的混匀特性 混匀时间大于 90 s． 某钢厂 ＲH 在进行轻处理工艺时，真空室压力一 般维持在 4 kPa 至 5 kPa 之间，由图 4 看出，该压力范围 下混匀时间较本处理增加不是很大，能很好地对钢液 进行搅拌混匀． 图 4 不同真空室压力下的混匀时间 Fig． 4 Mixing time in the different vacuum chamber pressures 2. 3 吹气孔堵塞对混匀时间的影响 吹气孔堵塞情况及其对混匀时间的影响如图 5 所示． 本试验模型的真空室上升管壁四周有两层交 错排布的吹气孔，吹气孔直径 0. 75 mm，每层 6 个共 12 个． 试验时，上下两层吹气孔按标号 1 ～ 6 顺序依 次堵塞． 由试验结果可以知，混匀时间随着吹气孔堵塞个 数的增加先减小后增加． 在 1 个吹气孔堵塞时，混匀 时间较不堵塞的情况下更小; 当 2 个吹气孔堵塞时，混 匀时间显著增加; 当吹气孔堵塞超过 2 个时，混匀时间 超过 90 s． 在吹气孔堵塞较少时，气泡均匀分布在上升 管内，对管内流场的影响很小，反而因为气孔堵塞增大 了其他气孔的吹气量，使混匀时间有所减小; 吹气孔堵 塞个数继续增加，改变了上升管内气泡的分布，使管内 流场扰动增加，影响钢液的循环流动，混匀时间也随之 变大． 图 5 吹气孔堵塞对混匀时间的影响 Fig． 5 Effect of blockage of blowing air hole on the mixing time 2. 4 ＲH 钢包流场 PIV 测速 本试验对不同浸入深度与吹气量的 ＲH 钢包流场 进行了 PIV 测速，以浸入深度 560 mm、吹气量 1600 L· min － 1工况为例进行分析，图 6 为 ＲH 钢包流场不同截 面的 PIV 测速结果． 上升管--下降管截面流场如图 6( a) ，该截面内钢 液流动形式主要是由下降管到上升管的循环流动以及 下降流股与包壁间形成的回流，它们的流速大于 0. 05 m·s － 1，其中下降流股速度大于 0. 1 m·s － 1，最大流速位 于下降管出口为 0. 26 m·s － 1 ． 另外还存在两处回流区 分别位于下降流股与上升流股间以及下降管与包壁 间，它们的速度小于 0. 05 m·s － 1 ． 回流区的存在，加强 了钢包内钢液的搅拌，促进了能量的交换，有利于钢液 的混匀． 两浸渍管之间及浸渍管与包壁之间的区域流 速小于 0. 01 m·s － 1，是不活跃的区域． 图 6( b) 为下降 管截面流场，钢液在下降流股与包壁间形成了回流区， 下降流股速度大于 0. 09 m·s － 1，回流区速度在 0. 01 ～ 0. 09 m·s － 1之间． 下降管与包壁间的区域为不活跃区 域，速度小于 0. 01 m·s － 1 ． 图 6( c) 为上升管截面流场， 钢液沿包壁攀升，一部分汇入上升管，速度大于 0. 03 m·s － 1 ; 另一部分向下形成回流，速度在 0. 01 ～ 0. 03 m· s － 1之间，右侧流速略大于左侧． 由于存在速度差，在 中心处两回流发生交汇，速度较小的左侧回流汇入右 侧回流并向上流入上升管，使右侧流量增大，流场出现 不对称． 上升管与包壁间的区域为不活跃区域，速度 小于 0. 01 m·s － 1 ． 综合三个流场可以发现，ＲH 钢包内钢液流动主 要是从下降管到上升管的循环流动以及下降流股周围 的回流运动，不活跃区域主要集中在浸渍管浸入深度 以上的区域内． 依照 ＲH 钢包流场的特点，可以将钢 包流场划分为三个不同的层，如图 6 中虚线所划分: 钢 包底部到下降流股周围的回流区上边界为混匀层，这 一层是钢包混匀的主要区域，上升管与下降管间的循 环流动以及下降流股周围的回流运动极大促进了钢液 的混匀; 混匀层往上到浸渍管底部为过渡层，在本层内 真空室与钢包进行钢液交换，浸渍管流出( 入) 的钢液 速度快、流向一致，与周围钢液几乎没有物质与能量交 换; 过渡层往上到液面为不活跃层，受浸渍管的影响， 本层被分割成许多分散的小区域，层内的物质与能量 交换受阻，与流速较小的过渡层也没有太多的物质与 能量交换，故为不活跃层． 2. 5 ＲH 钢包流场数值模拟 图 7 是浸入深度 400 mm、下降管内钢液流速 0. 3 m·s － 1条件下，ＲH 钢包流场数值模拟结果． 可以看出 ＲH 钢包流场数值模拟与 PIV 测速得到的流场结构基 本一致，但也有所区别: 如图 7( a) 所示，钢液在上升管 与下降管之间向下流动较强烈，速度为 0. 04 m·s － 1，导 · 71 ·