文章内容：1一第33卷'第5期1997年5月金属学报[板坯中间包钢水流动的'卜7(9 热态水模./李正邦北京100081)摘要本文用热态水模研究板坯连锌包散热使钢水密度不均匀,在浮力作用下肖泽强(东北大学,沈阳110006)试验结果刹菜机证实,由于中间板坯中间包内自铸造模具然对流的影响不能忽略..,..^.关键词连诗,中间包,水模型阆泵,暖#)率'.—''..'''..'.—'中间包内钢水温差引起的自然对流对钢水流动产生的影响,至今还未引起冶金工作者的重视.虽然国外已有一些学者开始研究这个现象,但国内仍有不少人认为在稳态连铸过程中中间包散热很小,钢水温差只有几度,产生的浮力不足以改变钢水流动规律,完全可以忽略温差产生的密度差,而将钢水视为密度不变的流体.所以长期以来人们一直用常温水模拟高温钢水,研究中间包以及其它冶金容器内的流动现象和规律.本文作者炊事机械用数值法计算了钢水密度变化时中间包内的流场和温度场,发现在板坯中间包内,钢水的流动规律与常密度钢水完全不同.为了验证数模结果,同时也为了说明密度差在钢水流动中的重要性,本文采用热态水模拟高温钢水进行模型试验,研究中间包内的钢水流动规律.热态水模试验结果进一步证实,板坯连铸机中间包内钢水密度差对流动确实有很大的影响.1试验方法1.1试验原理用水模研究钢水在中间包内流动,根据相似原理分析,模化时应保证决定性准数(/牡)相等,模型(下标表示)和实际中间包(下标表示)应满足以下关系长度比/.= (1)速度比/=(2)?收到初稿期:1996—07-19.收到修改稿日期:1996—10-07本文通讯联系人:王建军.副救瑟马鞍山 (243002)东冶盎驺金属学报33卷流量比/.=(3时间比/.=(4)式中,为中间包长度,为钢水在中间包内的流动速度,为钢水流量,为钢水在中间包内的停铸造模具留时间,为比例系数.为了更好地验证数模计算结果,本试验以马钢三钢厂板坯连铸机中间包为原型,取=.485.热态水模试验重点研究温差对钢水流动产生的影响,除了满足准数相等外,还应满足中间包准数瞬陛力与浮力的比值)相等0即将式(1)和(2)代^式(6)一譬=)()(5)(6)(7)式中,为水的膨胀系数(=3.67×10_4℃),为钢水的膨胀系数(=1.16×10_4℃),,分别为模型,原型进出口温差,℃=0,316. (81.2试验装置热态水模试验装置如图1所示.中间包内型长1.75,宽0.417.为了获得一定的散图1.11——23——啪45----*[—— 1/卜05期王建军等:板坯中间包钢水流动的热态水模511热量,中间包模型做成双层,内层是铁皮,外层是有机玻璃,两层间通水冷却,调节冷却水流量控制中间包的散热量.大包模型热水用12电热管加热,用三支铜一康铜热电偶分别测量大包注入点,中间包水口和水口上方液面钢水温度.模型水的平均停留时间用刺激响应法测定,在中间包入:1处加入溶液,在中间包出口用电导电极测量水的电导率.2试验结果和讨论2.1无档墙中间包假设原型中间包散热很小,进出口温度差仅有3℃,由螺杆泵式(8)求得热态水模型进出口内齿泵温差为.948℃.图2是无档墙条件下,中间包模型的平均停留时间曲线.图2表明,热态水和常温水的试验结果差别很大,常温水从中间包入口流到出口处的最短滞流时间是一28,峰值时间33,平均停留时间371而热水的试验值分别是140,223和628产;生差别的原因是常温水和热态水在模型内的茔流动方式不一样.用滴定管在观测的视区内:滴入红色墨水示踪剂观测模型内水的流动方京式(中间包用铁皮做成,从侧面无法拍照).由观测可知,常温水流入中间包后,沿着包底流到水口,形成一股短路流.但热水注入中间包后,由于中间包的散热,包里的水温度稍低,虽然进出口温差仅有1℃,但热水.冲到包底后会浮到液面,沿着液面缓慢向水口区流去,没有短路流,所以较长国2无档墙中间包平均停留时间衄线从理论上分析,在自然对流和强制对流共存体系里,当/&;.1时,不能忽略自然对流的影响.原型中间包内—:堕::≥.1''只要钢水速度&;0.14/时, /就大于.1.在板坯中间包内,除了大包钢水注入点附近钢水流速较大外,其他大部分空间钢水的速度在1～一1/之间.所以,不能忽略板坯中间包内自然对流的影响.无档墙及进出口齿轮油泵水温差1℃时,测得的中间包进出口温度分布见图3.水口上方液面的温度比水:1温度高约0.3℃,其数据也能说明,即使温差很小高温水也仍在液面流动.当中间包热损失更太时,其流动的差别更明显.2.2有高低档墙中间包现场使用的中间包,一般情况下进出口钢水温差有十几度,. 取=15℃,按式(8)控制模型的进出口温差=3℃.在高低档墙布置下,常温水和热水在中间包内平均抛丸机停留时间曲线示于图4.52金属学报33卷图3无档墙中间包进出口温差.311血图4显示的试验结果表明,有档墙时,常温水和热水所得到的曲铸钢件线图形差别不大.常温水最短滞流时间是77,热水是108,峰值时间分别是130,230;但平均停留时间分别是0,21,70,6.从图4还可看到,对热水介质,有档墙和无档墙差别不大.图5显示,在相同散热条件下, 无档墙中间包出口温度是53℃,有档墙(图6)出口温度48℃.有档墙的反而比无档墙的低.这是由于上档墙挡住了浮在液面上的高温钢水,从上档墙开口处流到出口区的是中间包低层温度较低的水.从热态水模试验结果看,中间包内加入这种形式的高低档墙后,反而会使出口钢水温度菜馅机低于没有档墙的.2.3低高档墙布置为了考察板坯中间包模型内热水的流动规律,将高,低档墙的布置由图6改变成石芑8三里罡图有档墙中间包平均停留时间曲线—2—_0血3—囝5高低档墙中间包进出口温度.51—2一._图造型机6中所示的低,高档墙布置的形式.试验结果(图7)表明,将档墙位置调整后,其它条件不变,中间包出=热水的温度能提高约1℃.这是由于在高,低档墙布置下,从高档墙的下方流到出口区的是中间包底层温度较低的水.而在低,高档墙布置下,从低档墙上方流到出口区的则是中间包匕层温度高的水,因此使中间包出口温度提高.低射芯机高档墙位置离出口越近越小),中间包出口钢水取样器