刘洋等：210RH精炼过程的混匀特性 15 法对钢包流场进行了研究. 用，故采用雷诺准数、修正弗洛德准数同时相等 粒子成像测速(particle image velocimetry,PIV)是 1.1混匀试验 种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法，能在 (1)几何相似. 瞬间记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提 本试验以某钢厂210RH真空精炼装置为原型， 供丰富的流场空间结构以及流动特性.本文通过PV 以相似比入=1：4制作有机玻璃水模型.原型与模型 对RH精炼过程钢液流场进行测速，得到整个钢包流 主要尺寸如表1所示 场的速度分布，探究流场结构与混匀的内在联系 (2)动力学相似. 1试验原理 由于模型和原型的雷诺数进入第二自模化区，流 体的紊乱及流速分布不再变化且彼此相似，与雷诺准 本试验根据相似原理进行模拟试验，除保证模型 数不再有关，因此只要保证模型与原型的修正弗洛德 与原型的几何相似外，还必须保证决定性准数相等 准数相等即可切.由修正弗洛德准数得出模型提升气 RH中的钢液流动主要受黏滞力、重力和惯性力的作 体（空气）流量和原型实际吹氩流量之间的关系式： 表1原型与模型尺寸对照 Table 1 Parameters of the water model and prototype mm 参数 钢包上沿内径钢包下沿内径 钢包深度 钢液装入深度真空室直径 浸渍管外径 浸渍管内径 浸渍管长度 原型 3884 3222.0 4060 3300 2138.0 1294.0 650.0 1075.00 模型 971 805.5 1015 825 534.5 323.5 162.5 268.75 s-0/只】-w 表2不同浸入深度下的气体换算系数 P翻P空PT室 Table 2 Value of gas conversion coefficient K in different SID 式中：Q空Q分别为标准状态下模型与原型吹入气体 原型浸入 模型出气口 原型出气口 气量转换 的流量P水P解分别为水和钢液的密度P空P分别为 深度/mm 压力Pa 压力/Pa 系数，K 标准状态下空气和氩气的密度；P空、T空分别为模型中 400 101006.5 92407 0.03667 气体出口处空气的压力、温度；P、T分别为原型中气 480 101202.5 97895 0.03566 体出口处氩气的压力、温度；由于出气口处压力随浸入 560 101398.5 103383 0.03473 深度变化而变化，故不同的浸入深度下对应着不同的 640 101594.5 108871 0.03388 气体转换系数K将相关参数代入上式中得到气体换 120 101790.5 114359 0.03309 算系数表2. (3)试验方法与装置 的时间即为混匀时间.采集时间120s,采集间隔0.04s 混匀试验装置如图1(a)所示.采用电导法测定 为减小试验误差，每个工况重复测量3次，取3次结果 混匀时间，待试验装置运行稳定后，由加料口向模型内 的平均值作为该工况的混匀时间. 瞬时加入200mL饱和NaCl溶液作为示踪剂，同时连 试验选取的四个电导率测量位置与测得的平均停 续测定水的电导率，至电导率变化不超过稳定值±5% 留时间分布(RTD)曲线如图2所示.1测量位置为上 b 直室 双腔激光器 配气盘 计 H水模 电探 钢包 供气系统 计算机 P图像数据处理系统同步控制单儿 (CID相机 图1混匀试验装置()与、测速装置(b)示意图 Fig.I Schematie of RH water model(a)and PlV velocity measurement system(h)刘 洋等: 210tＲH 精炼过程的混匀特性 法对钢包流场进行了研究． 粒子成像测速( particle image velocimetry，PIV) 是 一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法，能在 一瞬间记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提 供丰富的流场空间结构以及流动特性． 本文通过 PIV 对 ＲH 精炼过程钢液流场进行测速，得到整个钢包流 场的速度分布，探究流场结构与混匀的内在联系． 1 试验原理 本试验根据相似原理进行模拟试验，除保证模型 与原型的几何相似外，还必须保证决定性准数相等． ＲH 中的钢液流动主要受黏滞力、重力和惯性力的作 用，故采用雷诺准数、修正弗洛德准数同时相等． 1. 1 混匀试验 ( 1) 几何相似． 本试验以某钢厂 210tＲH 真空精炼装置为原型， 以相似比 λ = 1∶ 4制作有机玻璃水模型． 原型与模型 主要尺寸如表 1 所示． ( 2) 动力学相似． 由于模型和原型的雷诺数进入第二自模化区，流 体的紊乱及流速分布不再变化且彼此相似，与雷诺准 数不再有关，因此只要保证模型与原型的修正弗洛德 准数相等即可［7］． 由修正弗洛德准数得出模型提升气 体( 空气) 流量和原型实际吹氩流量之间的关系式: 表 1 原型与模型尺寸对照 Table 1 Parameters of the water model and prototype mm 参数 钢包上沿内径 钢包下沿内径 钢包深度 钢液装入深度 真空室直径 浸渍管外径 浸渍管内径 浸渍管长度 原型 3884 3222. 0 4060 3300 2138. 0 1294. 0 650. 0 1075. 00 模型 971 805. 5 1015 825 534. 5 323. 5 162. 5 268. 75 Qo 空 = Qo Ar ( 1 ) λ 5 ρ水 ρ钢 ρ o Ar ρ o 空 P空 PAr TAr 槡 T空 = KQo Ar ． 式中: Qo 空 、Qo Ar分别为标准状态下模型与原型吹入气体 的流量; ρ水 、ρ钢 分别为水和钢液的密度; ρ o 空 、ρ o Ar分别为 标准状态下空气和氩气的密度; P空 、T空 分别为模型中 气体出口处空气的压力、温度; PAr、TAr分别为原型中气 体出口处氩气的压力、温度; 由于出气口处压力随浸入 深度变化而变化，故不同的浸入深度下对应着不同的 气体转换系数 K． 将相关参数代入上式中得到气体换 算系数表 2． 图 1 混匀试验装置( a) 与 PIV 测速装置( b) 示意图 Fig． 1 Schematic of ＲH water model( a) and PIV velocity measurement system( b) ( 3) 试验方法与装置． 混匀试验装置如图 1( a) 所示． 采用电导法测定 混匀时间，待试验装置运行稳定后，由加料口向模型内 瞬时加入 200 mL 饱和 NaCl 溶液作为示踪剂，同时连 续测定水的电导率，至电导率变化不超过稳定值 ± 5% 表 2 不同浸入深度下的气体换算系数 Table 2 Value of gas conversion coefficient K in different SID 原型浸入 深度/mm 模型出气口 压力/Pa 原型出气口 压力/Pa 气量转换 系数，K 400 101006. 5 92407 0. 03667 480 101202. 5 97895 0. 03566 560 101398. 5 103383 0. 03473 640 101594. 5 108871 0. 03388 720 101790. 5 114359 0. 03309 的时间即为混匀时间． 采集时间 120 s，采集间隔 0. 04 s． 为减小试验误差，每个工况重复测量 3 次，取 3 次结果 的平均值作为该工况的混匀时间． 试验选取的四个电导率测量位置与测得的平均停 留时间分布( ＲTD) 曲线如图 2 所示． 1# 测量位置为上 · 51 ·