钢包下渣数值模拟研究
酒钢不锈钢板坯铸机中间包流场数值模拟
进行优化 ， 有效改善产 品内在 质量 ， 高经 济性。 提
关键 词 ： 不锈钢炼钢板坯铸 机 ； 中间包 ； 流场数值模拟
中图分 类号 ：下 ７ ． １７７ １ 文献标识码 ： Ａ
１ 引 言
酒钢不锈 钢炼钢引进 Ｖ Ｉ Ａ 连铸机型 ， 中间包的 结构及 内腔尺寸 图纸也一同引进 。其结构设计是否
２ ０ｍ 钢水 的速 度很小 。在下 挡墙后 方有 回流 区 ， ０ ｍ
根据夹杂物对钢液有一定跟随性 的特点， 这对夹杂 物 的去除不利 。 因此 挡墙有 待改进 。
４ 各 种 不 同 挡 墙 设 置 方 案 对 流 场 的
４ １ 增 加上挡墙 距包底 高度 ． 如 图 ７所 示 ， 随着 上挡墙 距离底 面 的高度增 大 ， 上挡 墙后方 （ 右边 ） 的低 速 区域 范 围缩 小 ， 水 通过 钢
第 ３ 卷第 ６ ０ 期
２０ ０ ８年 １ ２月
甘
肃
冶
金
Ｖｏ． ０ Ｎｏ ６ １３ ．
Ｄ ｃ ２０ ｅ ．， ０ ８
ＣＡＮＳ ＭＥ Ｉ Ｊ Ｕ ＴＡ Ｊ ＵＲＧ Ｉ Ｙ
文章编号 ：６ ２４ ６ （０ ８ ０ － ０ －５ １ ７ － １ ２ ０ ）６０ １ ４ ０ ０
酒 钢 不 锈 钢 板 坯 铸 机 中 间包 流 场 数 值模 拟
为此 ， 委托北京科技大学对该中间包结构进行 流场数值模拟计算 ， 验证 中间包结构合理性 ， 并寻找
终浇 时剩 钢过 多 问题 的解决 办法 。
合理 ， 将影响钢坯内在质量。此外 ， 该结构设计在实 际生产使用中 ， 浇时， 内剩余 的钢水量过多 ， 终 包 钢 水收得率低 ， 影响经济性 。
速度迅速下降， 但整体速度仍较大。在缓 冲器两侧
连铸中间包用耐火材料冲蚀的数值模拟
（ ｔｔ ｙＬ ｂ ｏ ｆａｔｒ ｓａ ｄ ＨｉｈＴ ｍｐ ｒｔｒ ｅａ ｃ ，Ｗｕ ａ ｉｅｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ＳａｅＫｅ ａ ｆＲｅｒｃｏｉ ｎ ｇ ｅ ｅａｕ ｅＣ ｒｍｉｓ ｅ ｈ ｎＵｎｖｒｉ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏｙ，Ｗｕ ａ ３ ０ ） ｙ ｈｎ４ ０ ８ １
对壁 面的作用 。本文基 于计算 流体力 学 （ Ｆ 建立 Ｃ Ｄ） 中间包 内耐火材 料 的冲蚀 预测模 型 。该 冲蚀模 型同 时考虑钢 液 的冲刷及 夹 杂物 颗 粒 的 冲蚀 ， 考虑 颗 粒 之问 的碰撞 长大 ， 用半 实验关联式 计算 冲蚀速率 。 应 １ 耐火材 料侵蚀模 型 １ １ 协 同效应 原理 ． 中 间包 内存 在 复 杂 的多 相 流 动 与 化学 反 应 过 程 ， 耐火材料 的侵 蚀是 多 相 流动 、 应力 破 坏 、 对 热 化
Ｍ ａ ｅ ｉｌＩ ｔ ｒａ ｎｄｅ ｘ Ｃｏ ｔｎ ｕｓＣａ ｔ ｎ ｉｈ，Ｒｅｒ ｃｏｙ，Ｅｒ ｓｏ Ｃｏ ｏ ｉｎ．Ｎｕｍｅ ｃ ｌＳ ｍｕ ａｉｎ ｎ ｉｕｏ ｓｉ Ｔｕ ｄ ｓ ｎｇ ｆａ ｔｒ ｏ ｉｎ— ｒ ｓｏ ｉ ｒ ａ ｉ ｌｔｏ
综合 中间包耐 火材 料 蚀 可看作夹 杂物颗粒 与钢 液共 同
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｍａｈ ｍｏ ｅ ｏ ｒｓｏ —ｏ ｒ ｓ ｎ ｏ ｑ ｉ ｔｅ—ｎ ｌｓｏ ｗ ． ｈ ｓ ｏ ｎ ｔ ｎ ｉｈ ｏ ｅｒ ｃｏ ｙ ｈ ｓ ｓｒ ｃ ｈ ｔ ｄ ｌ ｒｅ ｏ ｉｎ ｃ ｒｏ ｉ ｆｌ ｕ ｄ ｓｅ ｌ ｃｕ ｉｎ ｔ ｏ ｐ ａ ｅ ｆ ｗ ｉ ｕ ｄ ｓ ｎ ｒ ｆ ｔｒ ａ ｆ ｏ ｉ ｉ ｌ ａ ｂ ｅ ｓ ｂ ｉ ｅ ｎ ｈ ｕ ｒ ａ ａｃ ｌｔ ｎ ｔ ｒｓｏ — ｏ ｒｓｏ ｈ ｒ ｃｅ ｓ ｃ ｆｒ ｆ ｃｏ ｎ ｔ ｎ ｉｈ ｗ ｔ ｕ ｂ ｌｎ ｅ ｅ ｎ ｅ ｔ ｌ ｈ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｃ ｌｃ ｌ ｕａ ｉ ｏ ｅｏ ｉｎ ｃ ｒ ｉｎ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓ ｏ ｅ ｒ ｔｒ ｉ ｕ ｄ ｓ ｉ ｔｒ ｕ ｅ ｃ ａ ｓ ｉ ｏ ｏ ｉ ｉ ａ ｙ ｈ ｉｈ ｂｔ ｒ ａ ｎ ｅ ｒ ｉ ｃ ｍ‘ｄ ｏ ｔ ａｃ ｌｔｄ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｅｐ ｓｔ ｎ ｗｉ ｘｅ ｏ ｉｎ ｃ ｒｏ ｉｎ ｒ ｔ ｎ ｉ ｎ ｉ ｉ ．ｄ ｍｓａ ｄ ｗ ｉｓ ｓ ａ ｅ ｕ ．Ｃ ｌ ｕａ ｅ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｔ ｈ ｏ ｉ ｏ ｔ ｍａ ｒ ｓｏ ．ｏ ｒ ｓｏ ａ ｅｉ ｔ ｄ ｓ ｏ ｓ ｈ ｔ ｉ ｈ ｎ ｕ ｈ ｉ ａ ｕ ｂ ｌ ｎ ｅ ｉｈ ｂ ｔｒ ｅ ｔｉ ｔｅ ｔｎ ｉ ａｌｎ ａ ｌｇ １ ｅ ｉ ｏ ｒ ｇ ｉ ｒａ ａ ｄ ｔｅ ｓｄ ａ１ ｆｄ ｍｓａ ｄ ｗ ｉ ． ｓ ｔｔｒ ｕ ｅ ｃ ｎ ｉｉ ．ｎ ｘ ｓ ｈ ｕ ｄ ｓ ｗ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ Ｉ ｐ ｕ ｉ ．ｎ ａ ｅ ｎ ｈ ｉ ｅ ｗ ｌ ｏ ａ ｎ ｅｒ ｆ ｏ ｈ ｓ ｉ １ ｎ ｓａ ｃｎ ｏ ｌ ｕ ｄ ｓｅ ｌｆ ｗ．ｔ ｅ ｅ ｏ ｉｎ ｃ ｒｏ ｉｎ ｏ ｅｒｃ ｏ ｎ ｏｈ ｒｒｇ ｏ ｓ ｖ ｒ ｍａｌ ｎ ａ ｅ ｉｎ ｒｄ ｉｇ ｔ ｉ ｉ ｔｅ ｏ ｑ ｌ ｈ ｒｓｏ ．ｏ ｒｓｏ ｆｒｆａ ｔ ｒ ｉ ｔ ｅ ｅ ｉｎ ｉ ｅｙ ｓ ｌ ａ ｄ ｃ ｎ ｂ ｇ ｏｅ ． ｙ
高强度管线钢精炼渣系的开发与实践
钢用钢包精炼渣 系（ ：５— ０ ａ ７—１Ｓ０ 、５—３ Ａ： ４— Ｍｇ 。３ ０ｔ Ｆ精炼 实践表 明 ， ％ ５ ６ Ｃ Ｏ、 ２ ｉ：２ ０ １ 、 ８ Ｏ） ０ Ｌ Ｏ 该精 炼渣 的平 均 脱硫率为 ７ ． ％ ， 中终点硫含量 可控制在 ０ ０ ２ 以下 ； ３２ 钢 ．０ ％ 而且该 渣系具有较好 的吸收夹杂 物的能力 ， 精炼后钢 中
表 ３ 试 验 精 炼 渣硫 容 量 和 钢 中 ｕ ｐ ｕ ｆ ｔ ｓ ｅ ｎ ｎ ｌ ｇ ａ ｄ Ａｌ ， ｂ ｅ３ ｐ ｃ ｔ ｆｓ ｌ ｈ ｒ ｏ ｅ ｔ ｒ ｆ ｉ ｇ ｓａ ｎ ｔ ｉ
Ｊ ｏＸ ｎ ｌａ ｄＷａ ｇＯ ａ ｉ ｉｇ ｎ ｎ ｕ ｎ ａ ｉ
（ ｏ ｔ ｌ ａｉｇａ ｄＲ ｌｎ ｅｅａ Ｗｏｋ ，Ｍ ａｓａ ｏ Ｎ ４Ｓｅ ｍ ｋｎ ｎ ｏ ｉｇＧ ｎｒｌ ｒｓ ａｎｈｎＩ ｎ＆ Ｓｅｌ ｏＬｄ ａｎｈｎ２４ ０ ） ｅ ｌ ｒ ｔｅ Ｃ ｔ，Ｍ ａ ｓａ ０ ３２
入石 灰 和铝矾 土 ， 对应 关 系如 图 ２所示 。
通过 对管线 钢生 产 Ｌ Ｆ精炼 渣 成 分进 行 了跟踪 分析 ， 中共采集 了 １ 其 ５炉数 据 。表 １ 出 了终 点渣 给
表 １ 精 炼渣 终点成分和 Ｌ Ｆ精炼过程［ ］ Ｓ 的变化
Ｔ ｂｅ Ｅ ｄｉｇｅ ｉ ｔ ｆ ｅ ｎｎ ａ ｎ ｈ ｎ ｅｏ Ｓ ｕ ｎ Ｆ ｒｆ ｉｇ ａ ｌｌ ｎ ｒｄｅ ｆ ｉｇｓ ｇａ ｄｃａ ｇ ｆ［ ］ｄ ￣ ｇＬ ｅ ｎｎ ｎ ｎ ｏ ｒｉ ｌ ｉ
Ｆｇ ２ ｉ． Ｒｅａｉ ｎ ｅｗ ｅ ｄ ｉｇ ｌ ｎ ｌ ｍｉ ｉ ｍ ｍｏ ｎ ｌｔ ｂ ｔ ｅ ｎ ａ ｄ ｎ ｉ ｏ ｍｅ ａ ｄ ａ ｕ ｎｕ ａ ｕ ｔ ａ ｄ ａ ｔ ｅ ｏ ｙ ｅ ｕ ｉ ｇ ｃ ｎ ｅ ｔｒｔｐ ｉ ｇ ｎ ｃ ｉ ｘ ｇ ｎ ｄ ｒｎ ｏ ｖ ｒ ａ ｐ ｎ ｖ ｅ
钢包周转周期与温降研究
世界金属导报/2012年/2月/7日/第B03版炼钢连铸钢包周转周期与温降研究刘金刚李战军王文军姜中行朱志远本文通过对某中厚板厂l00t钢包的周转和温降的研究，得出了钢包空包的温降规律。
当放置时间超过75mmin后钢包温度基本低于800℃，在现有周期100min左右条件下，钢包无法满足温度要求。
通过减少周转钢包数和缩短浇次连浇炉数、加强钢包烘烤等措施，使钢包周转周期由102min降为73mmin，降低钢包温降11.5℃，使LF炉电耗下降5kWh/t以上。
在目前钢铁市场日益向高技术含量和高附加值发展的前提下，除要求钢材具有各项优异的力学性能外，大部分均要求低碳或超低碳成分控制。
例如，管线钢X70、管线钢X80、低温压力容-器、高强结构钢、高强建筑用钢、海洋平台用钢以及E级和F级船板等。
目前冶炼上述钢种的一般工艺路线为:转炉LF精炼-真空处理-连铸。
这样真空处理无法发挥脱碳的功能，因此必须防止LF精炼工序增碳。
对LF增碳影响最大的就是加热时间，而防止加热时间过长就必须控制钢水的温降和钢包的温降，掌握钢包运行规律，生产流程中实施钢包周转的系统调控，同时有效节约能源。
某钢厂现有铁水预处理装置2套、l00t转炉3座、吹氩站3座、LF精炼炉3座、双工位RH真空处理精炼设备1套和厚板坯连铸机2台。
由于该厂钢包无法进行在线烘烤，所以钢水出钢过程温降过大一直是困扰该厂稳定生产的环节之一。
为了找出钢水温降的限制性环节，减小钢水温降，对该厂的钢包周转和温降原因进行了研究。
1钢包周转时间与温降1.1钢包周转在正常生产情况下周转钢包总数为11个，如果一台连铸机停浇的话，则减为6个。
这主要是考虑到钢包烘烤受外界因素影响较大，且没有炉后在线烘烤等。
钢包的正常运转主要分为以下工序:钢包内钢水浇注完毕一回转台一渣罐倒渣一钢包车—钢包车由精炼跨移动到修整跨一热修位进行热修—转炉后钢包车一出钢—钢包车移动到精炼跨—精炼—钢包回转台准备连铸。
精炼渣发泡性能的实验研究
实验研究精炼渣发泡性能的实验研究乐可襄 董元篪 王世俊(华东冶金学院)摘 要 对碱度为1.5～2.5,FeO %<0.6～1.0的精炼渣进行了发泡性能的研究。
实验在竖式电阻炉和200kg 中频感应炉内进行。
分别测试了精炼渣碱度、精炼渣中助熔剂含量和发泡剂组成等因素对渣起泡率Γ3、发泡持续时间Σ和发泡指数2的影响。
关键词 精炼渣 起泡率 发泡剂 泡沫渣EXPER I M ENT AND STUDY ON THE FOAM ING BEHAV I OROF REF IN ING S LAGYue Kex iang Dong Yuanch i W ang Sh ijun(East Ch ina M etallurgical Institute )Abstract A k ind of refining slag w h ich basicity ranges from 1.5to 2.5and FeO less than 0.5%w as tested and studied in labo rato ry .A up righ ttype resistance furnace and a 200kg m edium frequency inducti on furnace w ere used and the effects of the basicity content of flux and compo si 2ti ons of the foam ing agent on the foam ing efficiency ,foam ing durati on and foam ing index w ere de 2ter m ined .Keywords refining slag foam ing rati o foam ing agent foam ing slag1 前 言熔渣泡沫化是炼钢过程中的一种现象。
基于神经网络的连铸钢包下渣识别系统
基 于 神 经 网络 的连 铸 钢 包 下 渣 识 别 系统
陈至坤 ，魏殿 才 ，王福斌
（ ．河北联合 大学 电气工程学院 ，河北 １
０３０ ） ６０ ９
唐 山 ０ ３ ０ ；２ ６ ０９ ．唐 山劳动技 师学院 电气工 程系 ，河北 唐 山
摘要 ：Ｂ Ｐ网络可 以逼近复杂 的非线性 函数 ，可广泛 用 于 函数拟合 、模 式识 别、分 类、数据 压 缩、预测 等。 设计 了连铸钢包 下渣 自动检 测系统 中 Ｂ Ｐ神经 网络的结构 ，并结合钢包 下渣 工艺参数 ，对钢 包下渣 时刻进行
测 ，从而 快速 准确 地判 断下 渣 时刻 ，对连铸 生 产具有
极 为重要 的意 义 。 １ 连铸 钢包 下渣检 测 原理
由于神经 网络具有 并行 信息 处理 、 自学 习 、联 想
记忆和容错能力 ，使其很适合于对 系统运行状态进行 预报 、识 别 。Ｂ Ｐ神 经 网络 在 隐层 中使 用 Ｓ形 传 输 函 数 ，在输出层使用线性传输 函数 ，即可实现对
不变，并且对称重传感器有较高的要求 ；电磁检测法 线 圈埋 于钢包 结构 中 ，需 要 对钢包 进 行改 造 ，另外线
圈要承受 高 温 ，使 传感 器 的使用 寿命 受到 影 响 ；超 声
应于输出层神经单元 ； 为隐层输出向量 。 口
为 提高 网络 的收敛 速 度及避 免 网络 陷入局 部极 小
第 ＿ 隐层单 元输 出为 ： 『 个
＝
输 入层 与 隐层 间的权 值修 正量 为 ：
△ “ ＝ ” ＋以 。 …… …… …… … （ ） ６
）＝ １＋ ｅ ｐ 一 ）。 ｘ（
其 中 ： ｔ为期 望 的网络输 出 ； 网络 实 际输 出 ； ）为 ， 中间
电磁托圈式下渣检测系统研发
电磁托圈式下渣检测系统研发聂高升１① 卿志明２ 蹇华１ 陈国强１ 袁淳安１ 刘永军１ 余志远２ 刘长伟１ 张超１ 张果２（１：宁波钢铁有限公司 浙江宁波３１５８０７；２：武汉巨沣工程技术有限公司 湖北武汉４３００８１）摘 要 基于电磁检测技术，研发了一种连铸大包电磁托圈式下渣检测系统。
该系统采用长水口托圈与传感器一体化设计，传感器只需要安装在长水口操作臂上即可。
该系统具有抗外界干扰强、下渣检测精度高、钢水与钢渣区分灵敏度高等特点。
现场考核结果表明，该系统运行稳定性高，便于操作与维护，能提高钢水收得率和铸坯产品质量，具有广泛的推广应用前景。
关键词 连铸 钢包 下渣检测 电磁检测 传感器中图法分类号 ＴＦ７０１ ＴＦ７７７ 文献标识码 ＡＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０３ ００４ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＳｕｐｐｏｒｔＲｉｎｇＴｙｐｅＳｌａｇＤｅｔｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＮｉｅＧａｏｓｈｅｎｇ１ ＱｉｎｇＺｈｉｍｉｎｇ２ ＪｉａｎＨｕａ１ ＣｈｅｎｇＧｕｏｑｉａｎｇ１ ＹｕａｎＣｈｕｎａｎ１ＬｉｕＹｏｎｇｊｕｎ１ ＹｕＺｈｉｙｕａｎ２ ＬｉｕＣｈａｎｇｗｅｉ１ ＺｈａｎｇＣｈａｏ１ ＺｈａｎｇＧｕｏ２（１：ＮｉｎｇｂｏＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ３１５８０７；２：ＷｕｈａｎＪｕｆｅｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４３００８１）ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｂａｓｅｄｏｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｓｌａｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｕｐｐｏｒｔｒｉｎｇｆｏｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｌａｄｌｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｄｏｐｔｓｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｌｏｎｇｎｏｚｚｌｅｓｕｐｐｏｒｔｒｉｎｇａｎｄｔｈｅｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｏｎｌｙｎｅｅｄｓｔｏｂｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｎｔｈｅｌｏｎｇｎｏｚｚｌｅｏｐｅｒａｔｉｎｇａｒｍ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｔｒｏｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｅｘｔｅｒｎａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ｈｉｇｈｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｌａｇａｎｄｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｍｏｌｔｅｎｓｔｅｅｌａｎｄｓｌａｇ．Ｔｈｅｆｉｅｌｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｈｉｇｈｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｅａｓｙｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｒａｔｅｏｆｍｏｌｔｅｎｓｔｅｅｌａｎｄｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｂｉｌｌｅｔｐｒｏｄｕｃｔｓ，ａｎｄｈａｓａｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇ Ｌａｄｌｅ Ｓｌａｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ１ 前言在钢水浇铸末期，钢水大包的钢渣会进入中间包，造成钢水的洁净度降低，加快了中间包衬的侵蚀，降低连浇炉数，影响铸坯质量，严重时还会导致漏钢事故。
中间包RTD曲线的数值模拟与水模型研究
ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYMar.202117中间包R77)曲线的数值模拟与水模型研究韩丽辉于春梅(北京科技大学冶金与生态工程学院)摘要中间包是炼钢连铸生产流程中的中间环节，不仅有储存和分流钢水的作用，还有十分重要的冶金效果。
中间包R”曲线是优化中间包内部控流装置的重要指标。
数值模拟和水模型是冶金工程两种重要的研究方法。
文中详细介绍了如何使用Fluent软件进行R7B曲线的数值模拟，以及如何通过水模型实验得到中间包曲线，并通过实例说明了两种方法得到的中间包RTD曲线以及其他中间包评价指标基本一致，二种方法彼此验证、互为补充。
关键词中间包R"曲线数值模拟水模型文献标识码：A文章编号：1001-1617(2021)02-0017-06Numerical simulation and water model study on RTD curve of tundishHan Lihui Yu Chunmei(University of Science and Technology Beijing)Abstract Tundish is the middle link in the production process of steelmaking and continuous casting.It not only stores and diverts molten steel,but also has a very important metallurgical effect.The RTDcurve of tundish is an important index to optimize the flow control device inside the tundish.Numericalsimulation and water model experiment are two important research methods in metallurgical engineering.The paper introduces in detail how to use fluent software to carry out numerical simulation of RTDcurve and how to get tundish RTD curve through water model experiment,and illustrates that the RTDcurve of tundish obtained by the two methods and other tundish evaluation indexes are consistentthrough examples,two methods verify each other and complement each other.Keywords tundish RTD curve numerical simulation water model中间包是炼钢连铸生产流程的中间环节，是连接钢包和结晶器之间的过渡容器，不仅有储存及分配钢水的作用，而且在提高铸坯质量方面的作用也越来越明显[1"2]o RTD(Residence Time Distribution)曲线即为流体分子在中间包内的停留时间分布曲线，通过RTD曲线可以计算钢液在中间包内部的平均停留时间、分析钢液的流动特性、计算中间包内部死区比例等，最终实现中间包内部结构的优化设计及改造⑶。
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钢包下渣过程的数值模拟研究
蒋大伟1，胡永才1，陈义胜2，庞赟佶
2，3
（1.东北特钢集团，辽宁大连116105；2.内蒙古科技大学，内蒙古包头014010；
3.大连理工大学，辽宁大连116024）
摘要：
根据流体力学中的VOF法及ε−k湍流模型的基本理论，实现了对110t钢包内不同渣层厚度浇注过程的
模拟计算。重点描述了钢水浇注过程中钢包内的流动及流场的分布状况，得出了不同渣层厚度时的浇注过程所
需的下渣高度及最佳渣厚。
关键词：VOF法；钢包下渣；渣层厚度；最佳渣厚
中图分类号：TF769.2文献标识码：A
LadleSlagProcessNumericalSimulationResearch
JIANGDawei1，HUYongcai1，CHENYisheng2，PANGYunji
2，，3
（1.DongBeiSpecialSteelGroup，Dalian116105，China；2.2.InnerInnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology，Baotou014010，
China；3.3.DalianDalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China
）
Abstract：
AccordingtotheVOFmethodandε−kturbulencemodelofthebasictheoryinthefluid
mechanics，realizedifferentslaglayerthicknessofthe110tladlecastingprocesssimulation.Thearticlemainly
describesflowfielddistributionconditionofthesteelintheprocessofpouring,itisconcludedthatthedifferent
slaglayerthicknessofcastingprocesstheslagheightandbestslagthickness.
Keywords:
VOFmethod;Laddleslag;Slaglayerthickness,Bestslagthickness
钢液由钢包流入连铸中间包或模铸中注管内，钢液液面降低至一定高度时，钢液与钢渣就会混出，流股的
巨大冲击作用会大大降低钢水的纯净度，势必对钢锭或铸坯的质量产生影响。目前很多企业都采用了浇注过程
的下渣检测技术，使钢锭或铸坯内部质量有了很大改善，但下渣检测准确程度有待提高。这里运用流体力学中
VOF法及ε−k模型描述了大型材分公司110t钢包内不同渣层厚度对钢液流动形态的影响。
1模型建立
1.1基本假设
钢包顶部钢液为自由表面；不考虑钢液温降对钢包内流动的影响；钢包壁面为固体壁面；空气、钢渣和钢
水均为不可压缩流体。由于钢包锥度较小，忽略钢包壁面对包内流动形态的影响[1]。
1.2数学模型
连续性方程()0=∂∂iixuρ；
传输方程()iijeffijieffiiijigxuxxuxxpxuuρµµρ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂∂∂+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂∂∂+∂∂−=∂∂；
ε−k
方程：
()
ρεσµµ−+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+∂∂=∂∂G
xkxx
ku
ikti
i
()
kcGkcxxxuitjii221ερεεσ
µµε
ρ
ε
−+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+∂∂=
∂
∂
其中⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂∂∂=ijjijitxuxuxuGµ、
ε
ρµµµµ2kc
Dteff
+=+=
式中effµ为有效粘度，钢包内的流动过程为湍流流动，采用由Launder和Spalding提出的ε−k双方程模型，
式中出现的经验常数采用Launder和Spalding的推荐值[2，3]，如下:
44.11=c，92.12=C，09.0=µc，0.1=kσ，3.1=
ε
σ
渣-空气、钢-渣液面流动形态采用多相流模型中的VOF方法进行计算。
1.3边界条件
针对东北特钢大型材分公司110t钢包模型进行的模拟计算，相关参数见如表1。主要模拟钢包下渣过程，
为加快计算速度，计算区域高度取1500mm。空气入口取压力入口、出钢口取压力出口，重力是钢液流动驱动
力取g=9.81m/s2。网格划分采用结构化网格，共划分10665个单元；求解过程采用PISO方法，时间步长为0.04s，
迭代过程中认为残差小于0.001时收敛。分别计算了渣层厚度为0mm、50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、
300mm、350mm和400mm九种情况下的下渣临界高度。
表1钢包、钢液及渣相关参数
钢包参数(mm)工况参数
钢包内径2.83×103钢液密度/(Kg/m3)7.00×10
3
钢包高度4.96×103钢液粘度/(Pa·s)6.30×10
-3
液面高度3.40×103钢渣密度/(Kg/m3)3.00×10
3
出钢口直径6.00×101钢渣粘度/(Pa·s)3.50×10
-1
2计算结果
2.1钢包内钢渣液面的流动过程
钢包内钢液依靠重力作用，由出钢口流入中间包或中注管内。随着浇注过程的进行，包内钢水量越来越少，
钢液面的高度逐渐下降，钢渣始终附着在钢液面上。共模拟了钢包内九种渣层厚度的流动形态，上述流动形态
大致相同，故此只取钢渣厚度为100mm的情况进行简要描述。图1为100mm渣厚不同时刻流动形态图；浇注开
始时，钢液面位置较高；随着浇注过程的进行钢液面逐渐下降，在远离出钢口上方钢渣逐渐稀薄，流向出钢口
上方并聚集，出钢口处渣层越来越厚。当钢液面降低到一定程度时，出钢口上方产生漩涡，发生卷渣、钢渣混
出现象，钢液受到污染；最终钢液与渣大量混出直至结束。图2为100mm渣厚时的流场分布，与图1中各图一
一对应；由重力作用钢液从出钢口流出，图中显示出钢口左侧钢液流速较快，出钢口右侧流速较慢。
注：图例被分成三部分，上部表示空气、中部为渣层、下部为钢液，图3与此一致
图1.100mm渣厚不同时刻流动形态图
图2.100mm渣厚流场分布
2.2下渣临界高度及最佳渣层厚度
图3为不同渣层厚度流动形态图。由图可知随着浇注的进行渣层厚度为50mm时，距离出钢口较远处的钢
渣逐渐稀薄，渣层出现分段现象使钢水裸露直接与空气接触，钢水容易二次氧化夹杂曾都，温降加快。钢渣厚
度大于100mm时，钢渣能够很好的覆盖在钢液表面隔绝空气，且减少温降；因此渣厚一般应大于100mm。
通过模拟得出不同渣厚的下渣临界高度，依此算出了下渣时刻钢包内的钢水重量，如图4。从图中可知随
着渣层厚度的增加，下渣高度也随之增加；但当渣层厚度较厚时，下渣高度增加不明显。渣层厚度由0mm即无
渣至50mm时，下渣高度由90mm升至150mm相差较大，钢水相差达2.62t之多；但随渣层厚度的增加，下渣高
度增加趋势较为缓慢；对于有渣时下渣高度大约在150~180mm之间，钢水重量大致为6.50~7.90t。对于生产来
说刚包内剩余钢液越少越好，这样可以提高成材率，综合生产实际建议渣层厚度应小于200mm。
渣层厚度50mm渣层厚度100mm
渣层厚度150mm渣层厚度200mm
图3.不同渣层厚度流动形态图
图4.下渣高度及包内钢液重量示意图
3结论
描述了钢包浇注过程中包内钢液及渣的流动形态。钢包内渣层厚度最佳为100~200mm之间，这样既能保证
渣层隔绝空气、减少降温；又能保证较高钢水收得率。钢包内无渣与有渣下渣高度相差较大；渣层越厚下渣高
度越高，开始下渣时包内钢水重量一般在6.50~7.90t之间。
参考文献
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[3]贺友多.传输理论和计算[M].北京：冶金工业出版社，1999.