工程科学学报.第42卷.增刊1：68-75.2020年12月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,Suppl.1:68-75,December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.25.s16;http://cje.ustb.edu.cn 中间包等离子加热的物理模拟 王 勇，2，赵梦静2，杨树峰1,2四，李京社，2)，张贯旭2)，习小军1,2 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)北京科技大学高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:yangshufeng @ustb.edu.cn 摘要为了提高实际生产中中间包等离子加热热效率，改善中间包内钢液流动状态，本文根据某钢厂中间包原型，通过物 理模拟对比研究了有无等离子加热和不同等离子加热位置下中间包内温度场和流场的变化情况.研究结果表明，在无等离 子加热条件下，中间包内死区比例较高，达到了36%，死区主要集中在中间包挡墙外侧上部区域：当加热位置位于挡墙外侧 时，中间包内死区比例与不加热时相差不大，靠近加热位置处的温度急剧上升，挡墙内外两侧的温度差较大，中间包内整体温 度分布不均匀：加热位置位于挡墙内侧时，中间包死区比例明显降低，达到29.2%，平均停留时间约增加57s.出水口温度明显 上升（约7℃），中间包内温度分布更均匀. 关键词中间包；等离子加热；物理模拟；温度分布；死区比例 分类号T℉777 Physical simulation of tundish heated by plasma WANG Yong2),ZHAO Meng-jing2).YANG Shu-feng LI Jing-she2)ZHANG Guan-xu2),XI Xiao-Jun2) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Key Laboratory of Special Melting and Preparation of High-End Metal Materials,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:yangshufeng @ustb.edu.cn ABSTRACT This study proposes a model to increase the heating efficiency of tundish plasma heating and improve the flow of molten steel in a tundish during production.A physical model was simulated based on the tundish prototype of a steel plant,and the temperature field and flow field of molten steel in the tundish with and without plasma heating at different plasma heating positions were analyzed. The research results showed that in the tundish without plasma heating,the proportion of the dead zone was high,reaching 36%. Moreover,the dead zone was mainly concentrated in the upper area outside the weir in the tundish.When the heating position was located outside the weir,it was found that there was little difference in the proportion of the dead zone between the tundish with and without plasma heating.The temperature near the heating position increased sharply,and the temperature difference of molten metal between the inside and outside of the weir was large.Moreover,the overall temperature distribution in the tundish was not uniform. When the heating position was located inside the weir,the proportion of the dead zone significantly decreased,reaching 29.2%.Further, the average residence time increased by about 57s.The temperature of the outlet of the tundish increased significantly (about 7 C),and the temperature distribution in the tundish was uniform. KEY WORDS tundish;plasma heating;physical simulation;temperature distribution;proportion of the dead zone 连铸是钢铁生产的一个重要环节，合适并且 行具有重要意义.然而在整个连铸过程中，中间 稳定的钢液温度对保持连铸工序的正常和稳定运 包存在不同程度的热损失，特别是浇铸初期、钢包 收稿日期：2020-03-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目(52074030,51734003)中间包等离子加热的物理模拟 王    勇1,2)，赵梦静1,2)，杨树峰1,2) 苣，李京社1,2)，张贯旭1,2)，习小军1,2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083    2) 北京科技大学高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室，北京 100083 苣通信作者，E-mail：yangshufeng@ustb.edu.cn 摘    要    为了提高实际生产中中间包等离子加热热效率，改善中间包内钢液流动状态，本文根据某钢厂中间包原型，通过物 理模拟对比研究了有无等离子加热和不同等离子加热位置下中间包内温度场和流场的变化情况. 研究结果表明，在无等离 子加热条件下，中间包内死区比例较高，达到了 36%，死区主要集中在中间包挡墙外侧上部区域；当加热位置位于挡墙外侧 时，中间包内死区比例与不加热时相差不大，靠近加热位置处的温度急剧上升，挡墙内外两侧的温度差较大，中间包内整体温 度分布不均匀；加热位置位于挡墙内侧时，中间包死区比例明显降低，达到 29.2%，平均停留时间约增加 57 s，出水口温度明显 上升（约 7 ℃），中间包内温度分布更均匀. 关键词    中间包；等离子加热；物理模拟；温度分布；死区比例 分类号    TF777 Physical simulation of tundish heated by plasma WANG Yong1,2) ，ZHAO Meng-jing1,2) ，YANG Shu-feng1,2) 苣 ，LI Jing-she1,2) ，ZHANG Guan-xu1,2) ，XI Xiao-Jun1,2) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Beijing Key Laboratory of Special Melting and Preparation of High-End Metal Materials, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: yangshufeng@ustb.edu.cn ABSTRACT    This study proposes a model to increase the heating efficiency of tundish plasma heating and improve the flow of molten steel in a tundish during production. A physical model was simulated based on the tundish prototype of a steel plant, and the temperature field and flow field of molten steel in the tundish with and without plasma heating at different plasma heating positions were analyzed. The  research  results  showed  that  in  the  tundish  without  plasma  heating,  the  proportion  of  the  dead  zone  was  high,  reaching  36%. Moreover,  the  dead  zone  was  mainly  concentrated  in  the  upper  area  outside  the  weir  in  the  tundish.  When  the  heating  position  was located outside the weir, it was found that there was little difference in the proportion of the dead zone between the tundish with and without plasma heating. The temperature near the heating position increased sharply, and the temperature difference of molten metal between the inside and outside of the weir was large. Moreover, the overall temperature distribution in the tundish was not uniform. When the heating position was located inside the weir, the proportion of the dead zone significantly decreased, reaching 29.2%. Further, the average residence time increased by about 57 s. The temperature of the outlet of the tundish increased significantly (about 7 ℃), and the temperature distribution in the tundish was uniform. KEY WORDS    tundish；plasma heating；physical simulation；temperature distribution；proportion of the dead zone 连铸是钢铁生产的一个重要环节，合适并且 稳定的钢液温度对保持连铸工序的正常和稳定运 行具有重要意义[1–2] . 然而在整个连铸过程中，中间 包存在不同程度的热损失，特别是浇铸初期、钢包 收稿日期: 2020−03−25 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（52074030, 51734003） 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1：68−75，2020 年 12 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, Suppl. 1: 68−75, December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.25.s16; http://cje.ustb.edu.cn