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.162 北京科技大学学报 2009年增刊1 夹杂物速率的波动是基于当地湍动能造成的随机 数，随机数改变，则会造成速率的瞬时波动.这样， 这个瞬时速度由下式给出： u三u千u (13) u'=suz=s12k73 (14) 设定的边界条件为当夹杂物接触自由液面时即 被顶渣捕捉，5000个夹杂物粒子从浸入式水口顶面 注入·图7表示不同电磁强度下夹杂物被顶渣的去 除情况，夹杂物尺寸越大越容易被顶渣所吸收，对于 小于30m的夹杂物，电磁的作用不明显.同时，磁 (a)B=0T b)B=015T (c)B=0.3T 感应强度越大，钢液中夹杂物越容易被结晶器保护 渣所吸收， 图6不同电磁强度下的结晶器纵向中心面上的温度分布图（单 9 位：K) 8 oB-0T 6B-0.15T 7 ◆B。-03T 窄面后，向下的流股在行进中温度逐渐下降，向上的 6 流股随着距撞击点距离的增加，温度也逐渐降低，最 终导致上下两个涡心的温度都低于主流股的温度· 4 随着磁感应强度的提高，结晶器自由表面的温 ●48 3 0-0 度上升了2~5℃，高温区上移，自由表面温度有所 050100150200250300 夹杂物直径um 提升，这有助于保护渣的熔化，可改善弯月面的钢液 流动特性，但是下部的高温区下移，范围更大，其 图7不同电磁强度对夹杂物去除的影响 主要原因是磁感应强度提高后，结晶器内射流股的 动能减少，钢液更新速度变慢，因此整个结晶器内温 3结论 度降低，但是另一方面，拉速增大后，高温射流对结 晶器窄面的冲击力减弱，高温区域明显减小，射流对 ()随着磁感应强度的增加，结晶器内流体的 初生坯壳的冲刷和再熔减弱，增加了凝固壳的生长 表面流速增加，对窄面冲击深度减小，而流股冲击深 速度，高温区也随着冲击深度的减少而向上移动，使 度显著减小，减少漏钢事故的发生，同时液面波动 结晶器出口处的坯壳厚度变厚，不易产生漏钢事故， 加剧，因此合适的电磁制动工艺参数对结晶器流场 2.3电磁制动对夹杂物去除的影响 有很重要的影响， 为了得到夹杂物的上浮到结晶器顶部自由液面 (2)结晶器中钢液高温区上移，结晶器自由表 的去除率，对钢水中的每个粒子进行追踪，每个颗 面的温度上升了2~5℃，这有助于保护渣的熔化， 粒的运动轨迹通过求解以下方程得到颗粒的运动速 可改善弯月面的钢液流动特性， 率，其受力考虑了作用颗粒上拉力和浮力的平衡： (③)夹杂物尺寸越大，越容易为结晶器液面所 de4de Co(upi-u)2e dupi3 1 e 吸收去除，对于尺寸大于30m的夹杂物，磁感应强 度越大，夹杂物越容易被结晶器保护渣所吸收， (11) 参考文献 其中，p为夹杂物颗粒的运动速率，ms1;山为 [1]Kim DS,Kim W S,Cho K H.Numerical simulation of the cou 流体的速度，m/s;CD为是拽力系数，是与颗粒雷洛 pled turbulent flow and macroscopic solidification in continuous 数有关的常数；d。为颗粒的直径，m:,为钢液的 casting with electromagnetic brake.ISIJ Int.2000.40(7):670 密度，kgm-3;P,为颗粒的密度，kgm3;t为时 [2]Harada H.Toh T.Ishii T,et al.Effect of magnetic field condi- 间，s tions on the electromagnetic braking efficiency.ISIInt 2001. 41(10):1236 CD=24/Re,(1+0.186Re.653) (12) [3]Qian Z D.Wu Y L.Large eddy simulation of turbulent flow with 为考虑湍流造成波动对夹杂物运动的影响，使 the effects of DC magnetic field and vortex brake application in 用FLUENT的“random work”模型，在这个模型里， continuous casting.ISIJ Int,2004.44(1):100图6 不同电磁强度下的结晶器纵向中心面上的温度分布图（单 位：K） 窄面后向下的流股在行进中温度逐渐下降向上的 流股随着距撞击点距离的增加温度也逐渐降低最 终导致上下两个涡心的温度都低于主流股的温度． 随着磁感应强度的提高结晶器自由表面的温 度上升了2～5℃高温区上移自由表面温度有所 提升这有助于保护渣的熔化可改善弯月面的钢液 流动特性．但是下部的高温区下移范围更大．其 主要原因是磁感应强度提高后结晶器内射流股的 动能减少钢液更新速度变慢因此整个结晶器内温 度降低．但是另一方面拉速增大后高温射流对结 晶器窄面的冲击力减弱高温区域明显减小射流对 初生坯壳的冲刷和再熔减弱增加了凝固壳的生长 速度高温区也随着冲击深度的减少而向上移动使 结晶器出口处的坯壳厚度变厚不易产生漏钢事故． 2∙3 电磁制动对夹杂物去除的影响 为了得到夹杂物的上浮到结晶器顶部自由液面 的去除率对钢水中的每个粒子进行追踪．每个颗 粒的运动轨迹通过求解以下方程得到颗粒的运动速 率其受力考虑了作用颗粒上拉力和浮力的平衡： d up i d t ＝ 3 4 1 dp ρ ρp CD（ up i－ ui） 2－ （ρg－ρp） ρg gi （11） 其中up i为夹杂物颗粒的运动速率m·s －1 ；ui 为 流体的速度m／s；CD 为是拽力系数是与颗粒雷洛 数有关的常数；dp 为颗粒的直径m；ρg 为钢液的 密度kg·m －3 ；ρp 为颗粒的密度kg·m －3 ；t 为时 间s． CD＝24／Rep（1＋0∙186Re 0∙653 p ） （12） 为考虑湍流造成波动对夹杂物运动的影响使 用 FLUENT 的“random work”模型在这个模型里 夹杂物速率的波动是基于当地湍动能造成的随机 数．随机数改变则会造成速率的瞬时波动．这样 这个瞬时速度由下式给出： u＝ u＋ u′ （13） u′＝ζ u′2 ＝ζ 2k／3 （14） 设定的边界条件为当夹杂物接触自由液面时即 被顶渣捕捉5000个夹杂物粒子从浸入式水口顶面 注入．图7表示不同电磁强度下夹杂物被顶渣的去 除情况夹杂物尺寸越大越容易被顶渣所吸收对于 小于30μm 的夹杂物电磁的作用不明显．同时磁 感应强度越大钢液中夹杂物越容易被结晶器保护 渣所吸收． 图7 不同电磁强度对夹杂物去除的影响 3 结论 （1） 随着磁感应强度的增加结晶器内流体的 表面流速增加对窄面冲击深度减小而流股冲击深 度显著减小减少漏钢事故的发生．同时液面波动 加剧因此合适的电磁制动工艺参数对结晶器流场 有很重要的影响． （2） 结晶器中钢液高温区上移结晶器自由表 面的温度上升了2～5℃这有助于保护渣的熔化 可改善弯月面的钢液流动特性． （3） 夹杂物尺寸越大越容易为结晶器液面所 吸收去除对于尺寸大于30μm 的夹杂物磁感应强 度越大夹杂物越容易被结晶器保护渣所吸收． 参 考 文 献 ［1］ Kim D SKim W SCho K H．Numerical simulation of the coupled turbulent flow and macroscopic solidification in continuous casting with electromagnetic brake．ISIJ Int200040（7）：670 ［2］ Harada HToh TIshii Tet al．Effect of magnetic field conditions on the electromagnetic braking efficiency．ISIJ Int2001 41（10）：1236 ［3］ Qian Z DWu Y L．Large eddy simulation of turbulent flow with the effects of DC magnetic field and vortex brake application in continuous casting．ISIJ Int200444（1）：100 ·162· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1