。1266 北京科技大学学报 第32卷 1忽略水口出口倾角对流场的影响.通过计算 表1钢液与水银物性参数 本模拟实验的拉坯速度为1.8mm前，采用结晶器 Tab le1 Physical param eers of liqd steel and mecury 密度/ 黏度1 电导率/ 的当量直径为特征长度计算本模型中的有关准数值 材料 (k8r3) (Pa s (Sml) 为S上13.8Ha=470根据S推数求得本模型所 钢液 7020 5.5×10-3 7.14X105 对应的实际连铸过程中的最大磁场强度为0.17T 水银(25℃) 13529 1.523×10-3 1.04X105 表2工艺参数 Tabl 2 Process parame ters 结品器横截面/ 水口浸入 水口 水口出口 水口出口 金属液流量/ 拉速/ 类别 比例 (mm nm) 深度/m 内径/mm 尺寸/(mm 角度1（°） (m.h1) (mm) 模型 210X35 40 14 7×9 0 1.8 原型 6 1260X210 240 电 42X54 15 70 44 QU 模型中的气体流量Q根据公式Q=B= 10 ..0 λ25计算（下标m代表模型，P代表原型，即 Q:AF2K25 QAT1830K 之 QAr298K=入25QAr180K (1) 考虑到实际连铸过程中室温的氩气吹入结晶器 600 600 650 后会被钢水加热膨胀，而本模型中氩气的温度一 ① 直为室温，必须对模型中的吹氩量进行修正.按照 -0 63006350640064506500 理想气体状态方程，1830K时氩气的膨胀系数为 时间/ms 88-61 图3电阻探针法测量气泡行为的原理示意图 QAr298K Fig 3 Prnc ple schematic of the esisrmnce probe pomeasure the 即 behav ior of gas bubb es QAT180K=6.1Q Ar298K (2) 将式(2代入式(1)得到模拟实验过程中氩气的吹 生产的C上6014数据采集卡，在LabVIEW7.0平 入量为： 台上编制数据采集程序，采样频率为1000Hz通过 QA28K=6.1X25 Q A298K. 对采集信号进行分析，可以得到探针所在位置气泡 当原型中水口的吹氩量为3~10mT'时，模 的占空比、气泡数量和气泡脉冲宽度等信息.气泡 型中的吹氩量相应地为0.2~0.6Lm前 的占空比定义为：气泡在探针处通过时间总和与一 13电阻探针法 次测量总的时间之比其反映了在测量点处气泡出 实验中采用单根单针电阻探针9测量经水口 现的几率如下式所示： 吹入结晶器内的氩气泡的运动和分布行为，其测量 气泡占空比= 原理如图3所示：电阻探针是一根插在结晶器内水 探针检测到的每个气泡的停留时间 银液中固定不动、且只有尖端导电的不锈钢针（直 径0.1m以，将其与电阻、直流电源和浸没于金属液 每次测量的总时间 (3) 中的参比电极连接成闭合回路.当探针尖端处没有 气泡数量通过统计电压信号的起伏次数得到. 气泡时（图3中①，回路导通，电阻两端可以测得 气泡的脉冲宽度是指气泡从接触探针导电尖端开始 一个电压信号：当气泡漂浮过程中，通过探针导电尖 到完全脱离的时间，以毫秒(m9为单位.一般来 端时（图3中②，导通的回路会断开，此时电阻两 说，气泡的脉冲宽度为气泡直径和气泡速度的函数， 端电压为零.通过测量回路中电阻两端的电压信号 即上【).实验过程中，待结晶器内的流动状况 U的起伏就可以判断在探针端点处是否有气泡通 趋于稳定后开始数据采集，对其中3m的数据进 过，以及通过时间的长短 行分析.采取多次重复测量，取平均值.如图4所 电压信号的采集选用美国Natpnal Instment 示，电阻探针的测量区域选择结晶器中心对称面上北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 1 mm, 忽略水口出口倾角对流场的影响 .通过计算 本模拟实验的拉坯速度为 1.8m·min -1 , 采用结晶器 的当量直径为特征长度计算本模型中的有关准数值 为 St=13.8, Ha=470.根据 St准数求得本模型所 对应的实际连铸过程中的最大磁场强度为 0.17T. 表 1 钢液与水银物性参数 Table1 Physicalparametersofliquidsteelandmercury 材料 密度 / ( kg·m-3 ) 黏度 / ( Pa·s) 电导率 / ( S·m-1 ) 钢液 7 020 5.5 ×10 -3 7.14×10 5 水银 ( 25℃) 13 529 1.523 ×10 -3 1.04×10 6 表 2 工艺参数 Table2 Processparameters 类别 比例 结晶器横截面 / ( mm mm) 水口浸入 深度 /mm 水口 内径 /mm 水口出口 尺寸 / ( mm mm) 水口出口 角度 / ( °) 金属液流量 / ( m3·h-1 ) 拉速 / ( m·min-1 ) 模型 1 210×35 40 14 7 ×9 0 1 1.8 原型 6 1 260×210 240 84 42 ×54 15 70 4.4 模型中的气体流量 Qm 根据公式 Qm Qp = UmL 2 m UpL 2 p = λ 2.5计算 [ 13] (下标 m代表模型, p代表原型 ), 即 Qm, Ar, 298 K Qp, Ar, 1 830 K =λ 2.5 , Qm, Ar, 298K =λ 2.5 Qp, Ar, 1830 K ( 1) 考虑到实际连铸过程中室温的氩气吹入结晶器 后会被钢水加热膨胀 [ 14] , 而本模型中氩气的温度一 直为室温, 必须对模型中的吹氩量进行修正 .按照 理想气体状态方程, 1 830 K时氩气的膨胀系数为 Qp, Ar, 1 830 K Qp, Ar, 298 K = Volume1 830K Volume298 K = 1 830 K 298 K =6.1, 即 Qp, Ar, 1 830 K =6.1Qp, Ar, 298 K ( 2) 将式 ( 2)代入式 ( 1)得到模拟实验过程中氩气的吹 入量为: Qm, Ar, 298 K =6.1 ×λ 2.5Qp, Ar, 298K. 当原型中水口的吹氩量为 3 ～ 10 L·min -1时, 模 型中的吹氩量相应地为 0.2 ～ 0.6 L·min -1 . 1.3 电阻探针法 实验中采用单根单针电阻探针 [ 15] 测量经水口 吹入结晶器内的氩气泡的运动和分布行为, 其测量 原理如图 3所示:电阻探针是一根插在结晶器内水 银液中固定不动、且只有尖端导电的不锈钢针 (直 径 0.1 mm), 将其与电阻 、直流电源和浸没于金属液 中的参比电极连接成闭合回路.当探针尖端处没有 气泡时 (图 3中 ①), 回路导通, 电阻两端可以测得 一个电压信号 ;当气泡漂浮过程中, 通过探针导电尖 端时 (图 3中 ②), 导通的回路会断开, 此时电阻两 端电压为零.通过测量回路中电阻两端的电压信号 Uab的起伏, 就可以判断在探针端点处是否有气泡通 过, 以及通过时间的长短 . 电压信号的采集选用美国 NationalInstrument 图 3 电阻探针法测量气泡行为的原理示意图 Fig.3 Principleschematicoftheresistanceprobetomeasurethe behaviorofgasbubbles 生产的 PCI--6014 数据采集卡, 在 LabVIEW 7.0平 台上编制数据采集程序, 采样频率为 1 000Hz.通过 对采集信号进行分析, 可以得到探针所在位置气泡 的占空比、气泡数量和气泡脉冲宽度等信息.气泡 的占空比定义为 :气泡在探针处通过时间总和与一 次测量总的时间之比, 其反映了在测量点处气泡出 现的几率, 如下式所示 : 气泡占空比 = ∑ n i=1 探针检测到的每个气泡的停留时间 每次测量的总时间 ( 3) 气泡数量通过统计电压信号的起伏次数得到 . 气泡的脉冲宽度是指气泡从接触探针导电尖端开始 到完全脱离的时间, 以毫秒 ( ms)为单位 .一般来 说, 气泡的脉冲宽度为气泡直径和气泡速度的函数, 即 t=f(d, ν).实验过程中, 待结晶器内的流动状况 趋于稳定后开始数据采集, 对其中 3 min的数据进 行分析 .采取多次重复测量, 取平均值 .如图 4所 示, 电阻探针的测量区域选择结晶器中心对称面上 · 1266·