第10卷第4期 2010年8H
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
60t钢包浇注过程中汇流旋涡形成机理
葡瑞，颜正国，刘涛，于景坤(东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110004)
Vol.10 No.4 Aug.2010
摘要：依据相似原理，通过水模拟实验，对某钢厂60t钢包浇注过程中钢水旋涡产生及卷渣过程进行研究，考察了初始液面高度、水口直径、水口偏心率和渣层对产生旋涡临界高度的影响结果表明，产生旋涡的临界高度随水口直径增大而增大，随水口偏心率增大而减小，初始液面高度对产生旋涡的临界高度影响不大，渣层在一定程度上可抑制旋涡的产生和发展，但其厚度对旋涡没有明显影响。得到了钢包浇注过程中产生旋涡的临界高度与锅包浇注水口直
径d及水口偏心率g之间的关系式h=65.276+1.427d-76.778g. 关键调：钢包；浇注过程：旋涡：临界高度；水力学模拟
中图分类号：TF775*.6 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)040655-05
水力学模型实验，观察浇注过程中钢包内流体的流动行为及卷渣过程，为钢包旋涡及卷渣控制提供技术参考
在钢包浇注末期，由于钢水产生旋涡而引起的钢流卷渣不但降低了钢水的纯净度，同时也会对包和水口的使用寿命产生不利影响[1-4]，因此，研究钢包内钢水旋涡的产生过程及控制措施具有重要意义，
黄哗等3指出，形成旋涡的能量来源有3个，一是
地球自转引起的科氏力，二是流场不均匀性诱发的环流，三是流体流出过程中自身的位能，浇钢过程中，当钢包内的钢液面下降到一定高度时，首先在自由表面产生旋转流动，然后转速逐渐加快、下凹．直至贯通水口，一般将刚产生旋转流动时的液面高度称为临界高度 Koria等通过水模拟实验，进行了截面为圆形或方形、水口直径0.54~8cm、水口偏心率0~0.7的浇注实验； Miloh等[7]对产生旋涡时临近流体的动力学进行了分析：叶树峰等*对不同水口形状、液面高度和渣层厚度进行了水模拟实验，通过刻度尺目测读取旋涡产生的临界高度，得出旋涡的临界高度随水口直径增大而增大、与初始液位无关、是渣层厚度函数的结论.Mazzaferro 等9利用水模拟实验，通过测量水口处的质争流量，研究了初始液面流速和水口偏心率对旋涡的影响，认为具有较大偏心率水口的钢包在浇注过程中不会产生旋涡.
旋涡是流体运动不均匀时产生的一种普题现象，是一种滞流流动，其影响因素很多，本研究以某钢厂60t 钢包为原型，研究初始液面高度、水口直径、水口偏心率及清层对旋涡临界高度的影响，实验采用电容式液位传感器测量浇注过程中的液面高度，通过信号采集、转换及数据处理，得出液面高度随时间的变化曲线.通过收稿日期：20100629，修回日期：20100809
基金项月：国家白然科学基金资助项日(编号：50904016)
实验原理与方法
2.1实验的理论依据及实验材料
水力学模拟研究方法的理论依据是相似原理，即满足相似第二定律，钢包浇注过程是钢液在重力作用下从钢包水口流出的过程，可视为粘性不可压缩液体的流动，同时钢液内部的主要作用力为重力、粘性力和惯性力.动力相似则要求模型与原型中流体的Re数和Fr数相等，由于本实验的原型及模型的Re数均处于第二自模化区，因此只要保证模型与原型的Fr数相等即可，即：
“8
A=Lg/Lp
(1)(2)
式中，g为重力加速度(m/s"),LL,为模型和原型的特征长度(m),umu为模型和原型的特征速度(m/s),入为比例因子
在钢包注过程中，设。和在分别为某一时刻钢包模型与原型的液面高度，通过式(2)还可以得出
hg/h,=Lg/L=
然后验证Fr是否相等，计算过程如下：
因为
Frm=gLw/um
而钢包水口处流体的流速[为
w.=/2gh.,
(3)(4)(5)
作者简介：葡瑞(1981-)，男，山东省聊城市人，博士研究生，主要研充方向为冶金过程数值模拟和物理模报；于景坤，通讯联系人，Tel:024-83681576
E-mail: jingkunyu@yahoo.com 万方数据