第３４卷增刊钢铁ｖｏ１．３Ｓ， Ｓｕｐｐｌ．１９９９年１０月ＩＲＯＮ ＡＮＤ ＳＴＥＥＬＯｃｔｏｂｅｒ． １９９９连铸中间包钢水流动及夹杂物去除的研究张立峰蔡开科（日本东北大学）（北京科技大学）摘要首先计算了放置流动控制装置前后的中间包三维流场，结果显示放置流动控制装置后，强湍流被有效地控制在入口区。而后通过将中间包分区研究了中间包钢水中夹杂物的去除。去除方式分为上浮、碰撞及枯附于固体壁面三种．研究讨论了布朗碰撞，斯托克斯碰撞及湍流碰Ｉ＊－分析得到了合适的夹杂物凝集因数０．１计算结果表明上浮、碰掩、粘附均是夹杂物去除的重要方式。对于有流动控制装置的中间包，上浮去除占３３．３％，碰撞去除占２４％，粘附去除占２０．４％。最后、工业试验用于验证夹杂物去除的数学模似关扭词中间包夹杂物Ｌ浮去除碰撞去除粘附去除流动ＦＬＵＩＤ ＦＬＯＷ ＡＮＤ ＩＮＣＬＵＳＩＯＮ ＲＥＭＯＶＡＬ ＩＮＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ ＣＡＳＴＩＮＧ ＴＵＮＤＩＳＨＺＨＡＮＧ Ｌｉｆｅｎｇ ＣＡＩ Ｋａｉｋｅ（Ｔｏｈｏｋｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ＪＡＰＡＮ） （Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｔｕｎｄｉｓｈｅｓ ｗｉｔｈ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｓ ｆｉｒｓｔｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｕｓｉｎｇ ｏｆ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅｓ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇ ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ｚｏｎｅ，ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｚｏｎｅｓａｒｅ ｗｉｔｈ ｍｕｃｈ ｕｎｉｆｏｒｍ ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ． Ｂｙ ｄｉｖｉｄｉｎｇ ｔｕｎｄｉｓｈ ｉｎｔｏ ｔｗｏ ｚｏｎｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｒｅｍｏｖａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， ｔｈｅ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ． Ｔｈｒｅｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌｆｒｏｍ ｍｏｌｔｅｎ ｓｔｅｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｔｕｎｄｉｓｈｅｉ． ｅ．，ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｓｕｒｆａｃｅ， ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｔｏ ｆｏｒｍ ｌａｒｇｅｒ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ，ａｎｄ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｓｏｌｉｄ ｓｕｒｆａｃｅｓ， ａｒｅ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔ． Ｔｈｅ Ｂｒｏｗｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ， Ｓｔｏｋｅｓ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｒｅ ｅｘａｍｉｎｅｄ ａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ａ ｖａｌｕｅ ｏｆ ０． １ ｉｓ ｇｏｔ． Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ，ｂｅｓｉｄｅｓ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ， ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｏｆ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ａｎｄ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇｓｏｌｉｄ ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｗａｙｓ ｆｏｒ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｆｒｏｍ ｍｏｌｔｅｎ ｓｔｅｅｌ ｉｎ ｔｕｎｄｉｓｈｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｈｏｌｄｓ ３３． ３％，ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｒｅｍｏｖａｌ ｈｏｌｄｓ ２４％ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｈｏｌｄｓ ２０． ４环ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｕｎｄｉｓｈ ｗｉｔｈ ｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｖｉｃｅｓ． Ａｔ ｌａｓｔ， ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄａｔａ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌｍｏｄｅｌ．ＫＥＴ ＷＯＲＤＳ ｔｕｎｄｉｓｈ， ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ， Ｉｌｏａｔｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ， ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ， ａｄｈｅｎｓｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ，ｆｌｏｗ１前官径的夹杂物，这不能真实反映夹杂物间的碰撞速度 随着超纯净钢需求的升高，连铸中间包冶金越现象；②大多数研究仅考虑了湍流碰撞一种碰撞方来越受到冶金工作者的重视。中间包钢水中夹杂物式，而忽略了诸如斯托克斯碰撞、布朗碰撞等方式。去除的研究已有很多ｕ｝ｓ＝，在某种程度上均成功地另外，大多数研究直接引用Ｓａｆｆｍａｎ和Ｔｕｒｎｅｒｙ＝的用于所针对的中间包系统。但下述工作尚没有人进碰撞常数，实际上两位学者的研究中有一点失误，忘行全面的研究：①浇注过程中所有粒经夹杂物的变掉了因数沂７＜另一方面，所有的研究均认为碰撞化，所有的研究均是针对于某一个粒径或某几个粒后夹杂物一定聚合，即凝集因数为１，实际上，由于钢表面特性等诸多因素，碰撞后的夹杂物不一定全部聚合，还可能重新分开，因此．确定合适的凝集因数是必要的。本文的研究在这些方面于以重视。本文首先计算放置流动装置前后的中间包三维 流动，分析流动形态而后通过计算得到的湍动能耗散速率（即搅拌能）将流动计算与夹杂物去除的模拟联系起来，对夹杂物去除进行羊细研究最后用ｒ业试验对数学研究进行验证。文中所针对的中间包物理特性， 形状等见表ｔｏ表１巾间包说明 中间包形状茹形，川ｉｌｌ包长度了ｍ９ 中｝可包宽度了二ｔ弓 中ｆｕｌ包深度／ｍＩ２ 铸坯断面／二ｍｔ５０丫Ｉ３ｎｏ 浇沈速度／。・：１１Ｉ．２ ；ｉｆｒ动控制装置 双坝单挡墙（挡墙上有过沈器，２数学模型２． １钢水流动中间包钢水的流动视为湍流、稳态、等温。ｋ－ ｅ双方程模型用于模拟湍流．传输方程及边界条件１４文献阳〕一致ｎ考虑到对称，仅对１／４部分ｒ卜间包进行计算，网格为４３（横向）ｘ２０（纵向）ｘ１５（厚度方向）２．２夹杂物的ｒ＿浮去除 钢水中的夹杂物因为与钢水的密度差而以斯托ｑ斯速度上浮川：ｗ，＝（２ｌ９）ｇｒ子 Ａ［－／Ｉ， （１）由于夹杂物上浮而引起的夹杂物教量的变化可以用Ｆ式表示ｄｎｔｄ（ｒ）刀（ｒ）ｚｕＨ （２）２・３夹杂物的碰撞去除 钢水中夹杂物被认为固态、球形均匀分布夹杂物的存在不影响流动的宏观形态夹杂物在碰撞之前无相互作用，一旦碰撞则可能聚合成大一些的夹杂物，这一新生夹杂物继续上浮或与其他臾杂物碰撞。这里考虑了二种碰撞方式：湍流碰撞、斯托克斯碰撞、布朗碰撞。 半径为ｒ『及ｒ，两夹杂物之间单位时问单位休积钢液内碰撞的次数，即碰撞可能件定义为：Ｎ。二声（ ｒｒ，）ｒｚ（ｒ，）ｎ（ｒ）（３）郡ｒ．，ｒ）为ｒｒ，夹杂物间碰撞速度常数：铁第３４卷ｎ）布朗碰撞由于布朗无规则热运动，夹杂物间有机会接触、碰撞、聚合。碰撞速度常数为［６］Ｒ｝ （ｒｒ，）＝２ｏｐ ｋＴ（青＋１ ）（ｒ＋一，（４） （２）湍流碰撞由于湍流漩涡的作用，夹杂物有机会相互碰撞。 作者重新推导了Ｓａｆｆｍａｎ及Ｔｕｒｎｅ户〕关于碰撞速度常数的公式，修正了其中的一些错误，得出下面的式子：月， （ｒ；，ｒ）＝２． ２９４（ｒ＋ｒ），了ｅ／ｖ （５） （３）斯托克斯碰撞这一碰撞方式的意思是，当夹杂物以斯托克斯 速度上浮时，大夹杂物上浮速度大，小夹杂物上浮速度小，则大夹杂物可能追上小夹杂物而碰撞。可以很容易地推导出斯托克斯碰撞速度常数：１ ３， （ｒ， ，ｒ）二一２ｇ， ｌＮ｝＿Ｕ尸 ｛ｒ；一ｒ； ：＿ｚ＿＿１７ｒ（ｒ；＋ｒ，＿）｀ （６） 文献仁８」推导了由于碰撞而引起的夹杂物数量的变化方程，但认为碰撞后的夹杂物凝集率为１００％，即不再分开。本文将对凝集系数进行研究，所以将该方程进行了修正，即在方程右边乘上了凝集因数。：ｄｎ（ｒ）ｄｔ 一抓ｎ（ｒ；）ａｐ‘一，ｎ（ｒ，） （母）Ｚｄｒ－，！‘・）丁｝ｎ（ｒ＇）｝Ｒ〔一）ｄｒ‘，，２．ｄ壁面对夹杂物的粘附去除当夹杂物运动到固体壁面（四壁及底面及流动 控制装置表面）时，若固体壁面与夹杂物性质相近，当夹杂物与固体壁面接触时则可能粘附在上面。这一粘附过程与流动、夹杂物性质、边界层状况等有关。这里引用奥特斯的研究结果川：ｄｎ（ 二苗二一兰竺二＂ ｒ） ０． ６２Ｘ１０－ｕ＇－－－Ｓ＇Ｙｎ（，、ｒ） （８）由于。－ｕ＇ ３１１，，今ｒｏ）＝（ｖ＇／Ｏ」 ／７［ｕ］，将这两个式子代人式（８），得到：ｄｄｔ． （，）二一Ｍｒ＇ｎ（ｒ）（９） 这里Ｍ二０． ６２Ｅ Ｖ，丫１０ ２ｙｓ ／＜（１０）２．５夹杂物去除模型中间包钢水中夹杂物的去除考虑三种方式： 上浮、碰撞和粘附于固体壁面。为计算夹杂物去除，中增刊张立峰等：连铸中间包钢水流动及火杂物去除的研究．ａｍ．间包分为两个区（图１）： Ｉ区，挡墙左侧；Ｉ区，挡墙右侧。两个区中夹杂物去除方式为：｛区：湍流碰撞、布朗碰掩及粘附于固体壁面。这一区之所以忽略七浮去除是因为工业试验中发现此区湍流强烈，渣面钢液裸露，即使夹杂物上浮到渣层，也会被重新搅动回钢液中。所以，夹杂物去除方程为：ｄ＿ｎｄ（ｔｒ）２１仆（ｒ，）ａｐ（二，ｒ｝）ｎ（ｒ｝）（于）２ｄｒｎ（ｒ）ＪＶｎ（ｒ）・、（・，・）ｄｒ， －、・（・）（１１）这里的碰撞速度常数为：爪ｒ ｒ， ）＝｝， （ｒ ｒ，）十声，（ｒ，，ｒ）（１２） Ｉ区：上浮去除、斯托克斯碰撞和布朗碰撞、以及粘附ｆ固体壁面去除。湍流碰撞被忽略是因为此区湍动不强。夹杂物的去除方程为：ｄｎ（ｒ） ｄｔ 一１ ２ｆ ｎ（ｒ，）ａ／３（ｒ；，咖（ｒ，）ｒ ）＝ｄｒ，，君（ｒ）Ｊｏ ｎ（ｒ）・，〔二。）ｄｒｒａ＜ｒ）ｗ，ＩＩ Ｍｒ＇ｎ（ｒ）（１３） 这里的碰撞速度常数为：凡ｒ； ，ｒ）＝１３， （ｒ ｒ）＋！３，（ｒ；，ｒ）（１４） 式（１１）及式〔１３）即为夹杂物去除的中心方程本研究进行了水模型试验，试验结果表明水在工区的平均停留时间为总停留时间的３／１０．在ｔｉ ＩＸ＿为７／１０ｏ通过工业试验中的钢水流量分析可知钢液在本研究中间包中的平均停留时间为１０ ｍｉｎ因此，工区的停留时间为３ ｍｉｎ，则方程（１１）的求解在３ｍｉｎ内进行；同理，方程（１３）的求解在７ ｍｉｎ内进行。流动的计算结果将证明中间包分区的合理性。 ４工业试验 以低碳铝镇静钠为试验钢种，浇注过程中在中间包某些位置以一定时｝＇Ｅｌ ｌＩ＇Ｆｊｌ隔取钢样、渣样。而后分析样品中夹杂物数量。同时，也取中间包耐火材料样及挡墙和坝的试样分析成分的变化。５结果及讨论５・１钢水流动模拟结果图２是中间包中钢液流场的三维速度分布的情 况，可以很清楚地看出Ｉ区的流动速度比皿区要大当使用流动控制装置时（图２（ｂ）），Ｉ区的湍流状态较无流动控制装置时强烈（图２（ａ））．图３是流线的结果。当使用流动控制装置时（图 ３（ｂ）），流线较无流动控制装置（图３（ａ））时长，这增加了钢水停ｗ时间，有利于＇４｀杂物的去除一些计算得到的流动参数示于表２，很明显工 区比Ｉ区湍动强烈１区的雷诺数及湍动能耗散速率（即搅拌强度）均比卫区大１００倍左右。这表明两个区的流动状况有很大差别因此夹杂物去除机构也不应是棺同的，因此前文关于中间包分区以计算夹杂物去除的假设是合理的表２还表明流动控制装置的使用使得强湍流被很好地控制入口区表中的￡值将用ｆ－式〔５）及式（９）以ｔｉ算夹杂物去除，即钢水流动的计算ｔｉ夹杂物去除的计算是以搅拌强度联接起来的５・２夹杂物去除计算结果夹杂物的初始数量由工业试验得到而后回归成 下式；・。Ｘ了０＂ｅ２眨ｒ毛３６ｐｍｎ （ｒ）｛一．７．５Ｘ １００ｅ３６毛ｒ簇７５ ｐｍｒ＞７５ ｐｍ（１５） 凝集因数ａ的物理意义是发生碰撞的夹杂物并不全部凝聚成大夹杂物有一些夹杂物因为粘性力和范德华力之间的平衡问题还可能重新分开，这一现象已经为实验所观察到，ｉ２１，因此确定合适的ａ值是十分重要的本研究中，将采用不同。值的ｌ十算结果与工业试验结果相对比得出，对」飞本研究所针对的中间包系统ａ－０． １是合适的（图４），这意味着发生碰撞的夹杂物仅有１０％能够聚合成大夹杂物．其余将重新分开。值得说明的是，为方便起见．将夹杂物换算成总氧含量之后得到了图４０表２流动计算的一些结果有无流动补制装咒１区 ａ以 １区 ．区＂Ｉｔ动能耗散速率：，６ｘ１自９．３ ＜ １０一三５ａ义１０－ｚ １．６丫ｔｏ‘平均速度 ｅ！２马３丫１０‘（〕１５ ６．２丫１０－平均霜诺数 ５ｘ１６６７Ｘ １０３９丫〕０了９义１０３根据东谷先生的研究Ｒ｝ ｌ湍流碰撞的凝集因数ａ是系数Ｎ的函数Ｉ Ｎ，代表了粘性力与范德华力的比率：“一。・７３２１，Ｎ伴 （１６）！ｔ＇一６ｎＰｒ； （些卫６ｎｖ）兰Ｕ７＞式．于，钢水，卜八１：，（ ）夹杂物的哈莫５｝常数八的值采用ｒ谷Ｌｌ先生的研究结ＩＴ．”，即ｎ＝２． ３Ｘ １０ ＇０ Ｊ４０８。钢将表２中Ｉ区的搅拌强度：值代入式（（１６），（１７）得到图５。可以看出，ａ值随搅拌强度的升高及夹杂物尺寸的增大而降低。对于半径为１－， ７０ ｐｕｎ的夹杂物，ａ在。０２３＾－０． ３之间，本研究得出的－０－ １在这一范围之内。图６为夹杂物数量随时问变化的计算结果。小 于２５ ［，ｍ的夹杂物数量基本上一直是减少的，但大于２５ ｍｍ的夹杂物首先升高而后又减少（图６（ａ）），这主要由于大量的小夹杂物的碰撞而生成大夹杂物，使得大夹杂物数量升高，但随着由于夹杂物的增大上浮速度因而加快，易于去除因此经过一段时间后，大夹杂物数量又急剧减少。一个有意义的结果是，尽管＞７５ ｙｍ的夹杂物初始数量为。，但由于小夹杂物碰撞聚合而生成，接着由于上浮速度大而逐渐上浮到自由表面去除。由图６（ｈ）可以看出从入口到出口。无流动控制条件下，２５－－６９ ｐｉｍ灾杂物数量反而增多；＜２５ ｐｘｍ夹杂物数量减少》６９ ｐｍ有流动控制时，３０＾－５２ ｐｘｍ夹杂物全部去除，夹杂物数量增多，大于６４ ｐ＜ｍ的夹杂物全部去除定义夹杂物体积分数的概念： 夹杂物体积所占钢液体积的比率，即：Ｂ二｝ｎ（ｒ，）４ｖ ｒｒ３／３ （ｌ８）则夹杂物去除率可以用「述指标表示：、选！ 愉粤．－＇ｘ１００％。二图７是夹杂物去除率７０的计算结果，从１０可以分析出如下特点： （１）流动控制装置有利于夹杂物的去除。有流动控制装置条件下，夹杂物总去除率为７７．７ Ｙ，而无流动控制装置时为４９５％。（ ２）上浮去除仍是重要的去除方式，占２７％￣３４％。 （３）夹杂物的碰撞是非常重要的去除方式．有流动控制装置时，碰撞去除占２４ ｃｃ，无流动控制装置时占１３．５％。斯托克斯碰撞占２％，布朗碰撞占０．１％。（ ４）粘附于固体壁面而从钢水中去除也是夹杂物去除的ｉｔ要方式，有流动控制装置时这一方式占２０．４％（中间包四壁及包底占１３． ８％，流动控制装置壁面占６．６％），无流动控制装置时占８．６％从这些结果还可以分析出，流动控制装ｘ的使 用对夹杂物的去除有下述贡献；（１）改变流动形态， 促进夹杂物的碰撞及仁浮（ ２）本身能够粘附一部分夹杂物，本研究中为钦第３４卷６．６％。 （３）促进夹杂物向中间包壁面及包底的粘附。因为，无流动控制装置时中间包四壁和包底对夹杂物的粘附去除占８．６％，而有流动控制装置时，这一值增加到１３． ８％。这一现象的原因为，流动控制装９的使用增加了系统的搅拌能，依据式（（９）及式（１０）．搅拌能增加，粘附去除速度加快５・３工业试验结果因为试验钢种是低碳铝镇静钢，夹杂物主要为 Ａ１２０３１所以可以通过研究钢水、顶渣层、内衬中ＡｈＯ，含量的平衡来验证夹杂物的去除的模拟结果。首先应明确。夹杂物的碰撞是无法定量验证的，因为工业试验仅针对于有流动控制装置的中间包。但是，金相观察已经发现夹杂物之间碰撞事实的存在（图８），而且入日处夹杂物粒径偏小，出口处夹杂物粒径偏大，这是由于从入口到出口过程中，夹杂物碰撞聚合造成的中间包覆盖剂的分析结果表明， 渣中Ａ１２０：由１．５％增加到１２．５％，转换成体积分数，上浮到顶渣的ＡｌｚＯ」夹杂物占钢水的体积分数为１．７６Ｘ１０－＇ｅ内衬材料的分析结果表明， 使用后的内衬材料分为三层结构、即初始层、过渡层和反应层。初始层和反应层之间Ａｔ刀，含量差异为６％－－７％，反应层厚度为］－３ ｍｍ。将这部分夹杂物转换为占钢水的体积分数得到结果为。．”５Ｘ１０‘。试验和计算结果均表明壁面对夹杂物的粘附是 十分重要的去除方式。因此仅认为夹杂物去除的目的地是顶部覆盖剂层是错误的，中间包“六个面冶金”的概念应得到重视和研究。 入口处，钢水中夹杂物占钢水的体积分数为４Ｘ１０一‘。则可以分析得，工业试验中，上浮去除占１． ７６ Ｘ １０－＇／（４ Ｘ １０－＇） ＝４４％，粘附去除占０．９９５Ｘ １０－＇／（４Ｘ １０－＇）＝２５％，总去除率为６９％。尽管这一数值与数学模拟结果有一定差距，但趋势是正确的，均表明上浮、碰撞、粘附于固体壁面都是夹杂物去除的重要方式。６结论 （幼应用ｋ－。双方程湍流模型，计算了放置流动控制装置前后的中间包三维流动。结果表明流动控制装置的使用将强湍动很好地控制在入口区（Ｉ区），而其他区域（ｄ区）流动平稳。Ｉ区的雷诺数和搅拌能是Ｉ区的１０。倍左右。搅拌能用来做为钢水流动和夹杂物去除模拟的结合点增刊张立峰等：连铸中问包钢水流动及夹杂物去除的研究。４０９。 （２）将中间包分为１区和“区，两个区中夹杂１３．５％，有流动控制装置时占２４％。物去除机构不同，１区为湍流碰撞、布朗碰撞及粘附（Ｇ）上浮到顶渣去除仍是重要的夹杂物去除方 于固体壁面去除。ｎ区为斯托克斯碰撞、布朗碰撞上式，占２７ ，，／一３４％浮去除及枯附于固体壁面去除（６）粘附于固体壁面去除为８． ６％（无流动控（ ３）流动控制装置的使用有利于夹杂物的去制装Ｆ％ ）及２０． ４％（有流动控制装置）。基于粘附去除，无流动控制装置时，爽杂物总去除率为４９．５％，除方式的重要性“中间包六个面冶金”的概念应得半径大于７５ ｙｍ的夹杂物都能够从钢水中去除；而到重视。放置流动控制装置时，总去除率为７７． ７．半径大（７）工业试验结果表明．上浮到顶渣占４４％， 干６４ ｕｍ的夹杂物都能够从钢水中去除。粘附于固体壁面占２５％，碰撞方式体现在对上浮和（ ４）通过对比实验数据和计算结果，得出夹杂粘附的促进ｆ工业试验结果的趋势与数学模拟结物之间碰撞之后的凝集因数为。．ｔ．理论分析这－果相一致，均表明上浮、碰撞与粘附ｒ固体壁面均是值在。・０２５一。．３１之间。碰撞去除是非常重要的夹夹杂物Ｒｉ要的去除方式。杂物去除方式，无流动控制装置时，碰撞去除占符号说明Ａ一哈莫克常数／Ｊ凝集因数；Ｒ重力加速度／．－ １；半径为；二二，夹杂物的碰撞速度常数／ＩＩ中间包高度／ｍ；一ｍ三，５气ｋ一一玻尔兹曼常数灯，ｋ’，４，厂布朗碰撞速度常数／ｎｌ ＇・，」ｌ一壁面处湍流旋涡的特征氏度ｎｎ；３，（ｒｉｌｉ０流碰撞速度常数／ｍ’・、’；ｎ（．ｒｖ，）一半径为乙的夹杂物数量个・ｍ二召（厂斯托克斯碰撞速度常数／－Ｉ・、’；一半径为二，；，夹杂物单位时间ｑ＝位体积钢液的湍劝能耗散速率／ｔｎ＇・５一３；碰撞次数／次・ｍ“・５一；夹杂物占钢液的体积分数；常数，用于计算哈莫克常数；钢水密度／ｋｇ・、１。—夹杂物半径／ｍ；ｉＰｐ，火杂物密度／ｋｇ・。‘；３一固体壁面半径／＇ｌ｀ｒ火Ｋ物与钢水之间的密度差／ｋｇ・ｍ－＇ ｓ，—时间／ａ夹杂物去除率／线；了温Ｉ／Ｋｓ钢水枯Ｉ｝ ／ｋｇ・（ｍｓ）一‘：ｕ流体流动速度加１・５’；钢水粘度／ｍ２・，，；流动波动版、・、’ 「标：，］夹杂物序号 二一夹杂物斯托克斯匕浮速度／ｒｎ一参考文献Ｂ．Ｋａｕ（ｍａｎｎ ｅｌ ａｌ ： Ｓｔｅｅｌ ｅｒｓｅａｒｃｈ， ６４０９９３）， ２０３－２０９Ｋ－Ｈ． Ｔａｃｋ． ａｎｄ Ｊ．Ｃ．Ｌｕｄｗｉｇ ：．Ｓ１ｅｅｌ ｒｅｓｅｏｒｃｈ．ＳＲ （１９８７），２６２－２７０ＯＪ．Ｉｌｅｇｂｕｓｉ ａｎｄ Ｊ．Ｓｕｋｅｌｙ ＩＳＩＪｉｎｔｅｒｎａｎｏｎａｌ，２９（１９８９），１０３卜１０３９Ａ．Ｋ．Ｓｉｎｈａ ａｎｄ ＹＳａｈａｉ ：ＩＳＩＪ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， ３３（１９９３）， ５５６－５６６ＹＳａｈａｉ ａｎｄ ＴＥｍｉ ： ＩＳＩＪ ｔｎｔｅｍａｔｒｏｎａｌ ， ３创１９９６），１１６６－１１７３Ｓ．Ｔａｎｉｇｕｃｈｉａｎｄ Ａ．Ｋｉｋｕｃｈｉ： Ｔｅｉｃｕ－ｔａ－ＨａｇａｍＦ，７８（１９９２），５２７－５３５，ＰＧ．Ｓａｆｆｍａａ ａｎｄ Ｊ．Ｓ．Ｔｍｎｅｒ ： Ｊｏｕｒｎａｌ可ｐｕｔｄｍｅｃｈａｎｉｃｓ，１（１９５６），ｌ６Ｋ．Ｎａｋａｎｉｓｈｉ ａｎｄ １．Ｓｚｅｋｃｌｙ ： Ｔｒａｐｓ． ＩＳＩＪ， ５（１９７５），５２２－５３０ＥＯｅｔｅｒｓ ： Ｍｅｔａｌｌｕｒｙｇ ｏｆｓｔｅｅｌｍａｋｌｎｇ，ｂｙ Ｖｅｒｌａｇ Ｓｔａｈｌｅｉ－ ｍｂＨ，Ｄｕｓｓｅｌｄｏｒｆ，ｌ９９４，３２３人ＮＫｏｌｍｏｇｏｒ．ＩＩ ：Ｃｏｍｐ Ｒｅｎｄ． Ａｃａｄ ＆，． ＵＲＳＳ、３（Ｘ１９４１），３１１－３１８Ｓ．Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ，Ａ．Ｋｉｋａｄｎ，Ｔ．ＩＳＥ ａｎｄ Ｎ．Ｓ殉ｔ： ＩＳＩＪ Ｉｍｅｒｎｎｔｒｏｎａｌ３６（１９９动，５１１７－Ｓ１２０ＫＡｉｇａｓｈｎａｉ、Ｒ．Ｏｇａｗｕ，Ｇ Ｈｏｓｏｋｏｗａ ａｎｄ Ｙ．Ｍａ１ｓｕｎｏ Ｊ． Ｃｈ，．Ｆｎｇ．Ｊｎｌｗｎ，１５（１９ｆｌ２），２９９－３０４．４１０，钢铁Ｚｏｎ口ＩＺｏｎｅ ＩＩｈｏｌｅｓ －ｄａｍ． 妙ｏｕｔｌｄ。ｕ１ｌａＦｔｉｇｃ．ｍ，ｄａ［＇ｍｈｗｅｖ ｗｉｔｈ ｄｉｖｕｔｏｎ ｓｃｈｅｍｎｕｃｏｆ ｔｕｎｄｉｓｈ ｆｏｒｏｆ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ａｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ（Ｚｏｎｅ Ｉ ；ｌｅｆｔ ｏｆ ｗｅｉｒ； Ｚｏｎｅ ｕ ；ｒｉｇｈｔ ｏｆ ｗｅｉｒ）囚（“）ｗｈｈａｖｔ日ｏｗ ｅｏｎｎｏｌ ｄｅｖｉａｒ＝｛ｂ）ｗ认ｈｃｏｎｒ ｏｌ ｄｅｉｃｅｓＦｉｇ， ２ Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ尸ｄｉｓｖｉｂｍｔｉｏｍ ｏｆ ｔｕｎｄｉｓｈ『第３４卷、、习门（“）ｗｉｔｈｏｕｔ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｖｉｃｅｓ人｜｜火一＼一＿＼＼、 、一洲夕少＿／口（ｂ） ｗｉｔｈ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｉｃｅｓＦｉｇ． ３ Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｓｔｅｅｌｆｌｏｗ ｉｎ ｔｕｎｄｉｓｈ１０９０，ｃ＝ｔｍｉｎ（日８０．七＿舀ｔ工ｎ扣山七幸ａ工ｎ吞乌。７０．ｒ－－ １Ｕｎｉｎ山，｝６０刀印Ｐ’’内介．山仁司一叨刀‘叨扔夕 少产 曰纪屯、湘 ．由碑川・多 沪刁０ 州几 １０ ７０加４０， －０ ６０ １０ ８０ ９０ １００Ｔ． Ｏ｝ａｙｃｒｏｅ （ＰＰＭ）Ｆｉｇ． ４ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｇｕｌａｕｏｍ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ （ｕ） ｂｙｆｉｔｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ｝一．！月Ｊ．．．Ｊ增刊张立峰等：连铸中间包钢水流动及夹杂物去除的研究ａｕ一‘一４９．５ ｏｖｅｃ ｍｎ［ａｔｅ｝ｓ＿ 呀二．—ｃｕｎｄｉａｈ ｗｉｔｈｏｕｔ石盔纽ｎｓｔｍ９ ｔｏ ｃｎｅ ｓ．．ｒｆｓ＝ｅ亘曰ｍｌｔｉｓｉｅｎ‘ｔｓｍｓｓ电翔ｓｔｉｃｋ飞ｙ ｃ。 ｃｎｅ ｗｌｉｎ ｓ｝ｃａｌ｝ｅｆｌｏｗ ｃｏｎｔ ｏｌ ｒａｅｖｌｃｅ｝ｔ －ｄｉｓｈ ｗｉｔｈｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｖｉｃｅｓ臼仙的Ｕ，１瀚以口２１习比扮，田Ｕ比七国七．ｄ否晰戈。Ｕ佑‘．Ｕ４于蒸黛七翼。，，．一 ｗｌ七ｈｏａｔ ｆｌｏｗ ｗｔｔｎ ｆｌｏｗｃｏｎｔｒ ｏｌ ｝ｖｃｃｅｓ ＿ｃｍｔｒｏｌ ｃ｝ｖｉｃｅｓＦｉｇ． Ｓ Ｄｅｔｅｒｍｍａｎｏｎ ｏｆ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎｔｎｉｆｅｏｃ （ａ）ｂｙ ｔｈｅｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ）羹－ ＩＯｔ｝ ｗｉｔｈ ｏｕｔｆｌａｆｌｗａｗｃｏｃｎｏｔｎｒ ｔｏｒｌｏ ｄｌｅｄｖ ｅｉｖｃ ｉｅｃｓｅｓ １ Ｗ一巨立一护１０１５１Ｏ１２１Ｏｌｌ二ｌｏｌｃ妒砂１ｏｖ４Ｃ ．；｝Ｚ曰ＺｔｈＣ凡ｔ且ａｘ ｃｏｎｔｒｏｌ出习盯，毛ｌｏ’台：匕丫了、一石１０ｓ）己ｌ０’１０ｓ扩证树ｉｔｈ且‘〕曰ｃ巴ｒ土ｒｒｉ１淤ｔｏ ｚｏ３０ａｎ５ ６０７０ ＮＯ９〕工曰Ｃｌｕｓｉｎｎ阳由以，ｒ｛己姐；Ｆｉｇ． ６ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｎｕｍｂｅｒ ｃｈａｎｇｅ ｗｉｔｈ ｔｉｍｅ（ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔａ）‘“．７ ７ｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｉｎｃｌｕｓｍｎｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅＩｎｌｅｔ加叱ｏｕｔｌｅｔ（ ａ） Ａｈ， ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｉｎｌｅｔ ｚｏｎｅ０川ｌｄｚｏｎｅ（ｂ） ＳｉＯＺ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓＦｉｇ． ８ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｎｉｃｌｕｓｉｏｎｓ ｉｎ ｍｏｐｅｓ，ｒｅｅｌ ｏｆ ｈｓｉｄ－＇