李东侠等：多流中间包钢液流动特性分析方法 ·45 0.20 间差异较大，4~5水口易形成短路流，无法有效利用 一1水口 中间包容积，造成死区比例升高，不利于夹杂物上浮. 一2水口 一3水口 图10为6实验在t=5、50和100s时刻的流场显 0.15 ×一4水口 示.从图中可以看出：新挡墙夹角变小，导流孔位置升 高，新钢液在中100mm导流孔作用下冲向5和6水口 0.10 塞棒之间，冲击速度和高度增加，有利于整个中间包尤 其是6~7水口浇铸区域钢液的活跃程度：在1=50s 0.05 时，各流水口均检测到新钢液的流出，各流滞止时间较 为一致，整个中间包流场较为活跃，中间包容积得到有 效利用，全混区比例增加，死区比例减少，有利于钢液 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 在中包内的混匀，促进夹杂物上浮与去除，从而提高连 铸坯质量 图86实验各流(1~4流)累积时间分布F曲线 Fig.8 Accumulated residence time distribution (1-4 strands)F- curve of Experiment 6* 表3实验计算结果汇总 Table 3 Results of the experiments 实验编号 死区比例/%活塞区比例/%全混区比例/% 23.6 8.3 68.1 3 25.6 10.2 64.2 25.7 8.6 65.7 29.5 8.2 62.3 33.1 11.8 55.1 6 6.4 6.9 86.7 > 16.6 6.5 76.9 图106实验流场显示 8 23.3 6.2 70.5 Fig.10 Records of the dye experiment from Experiment 6* 图9为1实验在1=5、50和100s时刻的流场显 示.从图中可以看出：新钢液注入中间包，在冲击区混 4 结论 合较为剧烈，在中120mm导流孔的作用下钢液流向5 (1)基于组合模型采用阶段刺激一响应实验，分析 水口塞棒；1=50s时，4~5水口已检测到新钢液流 所得累积时间分布F曲线，推导出中间包死区比例计 出，6~7水口在挡坝作用下上扬.该工况各流滞止时 算方法为=1-厂1-月n该处理方法适用于多 流中间包流场特征分析，相应死区比例为各流F曲线 累积所得光=1-1-R--…-F)a、同时 根据经典组合模型和多流中间包特征计算活塞区比例 =+9十…+三.该计算方法为解决经典 组合模型处理多流中间包存在的偏差提供了新的方法 和思路 (2)基于阶段刺激响应实验，对某钢厂七流对称 中间包的控流装置进行优化实验.最优控流装置中间 包死区比例降低17.2%，各流响应时间较为一致，中 图91*实验流场显示 间包有效利用容积提升，有利于促进夹杂物上浮和现 Fig.9 Records of the dye experiment from Experiment 1 场生产顺行，提升铸坯质量.李东侠等: 多流中间包钢液流动特性分析方法 图 8 6# 实验各流( 1 ～ 4 流) 累积时间分布 F 曲线 Fig． 8 Accumulated residence time distribution ( 1--4 strands) F￾curve of Experiment 6# 表 3 实验计算结果汇总 Table 3 Ｒesults of the experiments 实验编号 死区比例/% 活塞区比例/% 全混区比例/% 1 23. 6 8. 3 68. 1 2 25. 6 10. 2 64. 2 3 25. 7 8. 6 65. 7 4 29. 5 8. 2 62. 3 5 33. 1 11. 8 55. 1 6 6. 4 6. 9 86. 7 7 16. 6 6. 5 76. 9 8 23. 3 6. 2 70. 5 图 9 1# 实验流场显示 Fig． 9 Ｒecords of the dye experiment from Experiment 1# 图 9 为 1# 实验在 t = 5、50 和 100 s 时刻的流场显 示． 从图中可以看出: 新钢液注入中间包，在冲击区混 合较为剧烈，在 120 mm 导流孔的作用下钢液流向 5# 水口塞棒; t = 50 s 时，4# ～ 5# 水口已检测到新钢液流 出，6# ～ 7# 水口在挡坝作用下上扬． 该工况各流滞止时 间差异较大，4# ～ 5# 水口易形成短路流，无法有效利用 中间包容积，造成死区比例升高，不利于夹杂物上浮． 图 10 为 6# 实验在 t = 5、50 和 100 s 时刻的流场显 示． 从图中可以看出: 新挡墙夹角变小，导流孔位置升 高，新钢液在 100 mm 导流孔作用下冲向 5# 和 6# 水口 塞棒之间，冲击速度和高度增加，有利于整个中间包尤 其是 6# ～ 7# 水口浇铸区域钢液的活跃程度; 在 t = 50 s 时，各流水口均检测到新钢液的流出，各流滞止时间较 为一致，整个中间包流场较为活跃，中间包容积得到有 效利用，全混区比例增加，死区比例减少，有利于钢液 在中包内的混匀，促进夹杂物上浮与去除，从而提高连 铸坯质量． 图 10 6# 实验流场显示 Fig． 10 Ｒecords of the dye experiment from Experiment 6# 4 结论 ( 1) 基于组合模型采用阶段刺激--响应实验，分析 所得累积时间分布 F 曲线，推导出中间包死区比例计 算方法为Vd V = 1 － ∫ 2 0 ( 1 － F) dθ． 该处理方法适用于多 流中间包流场特征分析，相应死区比例为各流 F 曲线 累积所得Vd V = 1 － ∫ 2 0 ( 1 － F1 － F2 － … － Fk ) dθ． 同时 根据经典组合模型和多流中间包特征计算活塞区比例 Vp V = θmin 1 + θmin 2 + … + θmin k k ． 该计算方法为解决经典 组合模型处理多流中间包存在的偏差提供了新的方法 和思路． ( 2) 基于阶段刺激--响应实验，对某钢厂七流对称 中间包的控流装置进行优化实验． 最优控流装置中间 包死区比例降低 17. 2% ，各流响应时间较为一致，中 间包有效利用容积提升，有利于促进夹杂物上浮和现 场生产顺行，提升铸坯质量． · 54 ·