石钢钢包及中间包的水模型实验研究报告@.ppt

1、钢包及中间包的水模型实验研究报告,北京科技大学 石家庄钢铁股份有限责任公司 2007.12.13,石家庄钢铁股份有限责任公司,提 纲,椭圆包 圆台包 3号中间包 0号中间包 2号中间包,椭 圆 包,1.原理相似原理,几何相似：1：2 动力相似（修正弗路德准数相等） 其中：,谐时性准数及准数方程,通过因次分析，应用相似理论中定理，可以得到下列各量纲一的数之间的函数关系：,H0 称为谐时性准数，表示不稳定流动流速和时间关系，代表流体流动的不稳定程度，是一个时间变量。,其中：,2.实验设计,评价指标：混匀时间（与比搅拌能关系） 实验因子和水平： W 吹气孔位置: 8水平（单孔五种：双孔三种） Fr

2、修正弗路德准数：4水平 H/D 径深比： 4水平 气液密度比: 2水平,各吹气孔在包底的位置,水模型实验装置示意图,实验方案,按正交表 安排实验方案 实验方案表省略 全因子实验次数：8*4*4*2*2512 实际安排次数：32*264,3.实验结果,准数方程,将实验结果计算出方程中的各项参数及各准数值，进行多元强迫回归分析，得出水模型吹气的准数方程：,描述水模型中完全混匀时间的参数方程为：,混匀时间与吹位关系图,各因素对谐时性准数H0的影响,吹位,修正弗路德准数,径深比,密度比,4.数值模拟对水模拟实验结果的描述,采用ANSYS CFX11.0对椭圆型LF钢包内液体流场进行数值模拟分析，得到不

3、同工况下的速度矢量图和速度云图，对原型和最优方案（单孔短轴1/2R处）进行比较。,速度矢量图,原型,优化方案,速度云图,原型,优化方案,圆 台 包,根据相似原理建立模型，参数推导同椭 圆包，按正交表 安排实验方案，实验方案表略。,实验方案,按正交表 安排实验方案 实验方案表省略 全因子实验次数：8*4*4*2*2512 实际安排次数：32*264,实验设计,评价指标：混匀时间（与比搅拌能关系） 实验因子和水平： W 吹气孔位置: 8水平（单孔四种：双孔四种） Fr 修正弗路德准数：4水平 H/D 径深比： 4水平 气液密度比: 2水平,各吹气孔在包底的具体位置,谐时性准数方程,通过强迫回归得到

4、谐时性准数方程,描述水模型中完全混匀时间的参数方程为：,混匀时间与吹位关系图,混匀时间与流量的关系图,t与熔池深度的指数关系图,t与密度的指数关系图,速度矢量图,原型,优化方案,速度云图,原型,优化方案,3 号 中 间 包,1. 相似原理,几何相似：1：2.5 动力相似（原型与模型弗路德准数相等） 其中：,实验方法,刺激响应法（脉冲响应） 在中间包注流处输入一个刺激信号（示踪剂采用饱和氯化钾溶液），然后在中间包出口处测量该输入信号（电导率）的输出，即所谓的响应，从响应曲线（RTD曲线）得到流体在中间包内的停留时间分布。,水模型实验装置示意图,脉冲响应(RTD)曲线图,流场显示,采用墨水做示踪剂

5、，进行录像，对典型流场进行直观的分析比较。,2.实验设计,实验评价指标： 滞止时间（各流滞止时间的平均值大，分布均匀） 平均停留时间（平均停留时间长，分布均匀） 峰值时间（参考） 因子及水平： 挡墙类型2水平：原型挡墙（Y）；V形挡墙(V) 导流孔孔径3水平： 41.6（0.8d）；52（原d）；62.4（1.2d） 流量2水平：Q1（250L/h）;Q2（330L/h） 实验重复一次，全因子实验次数：2*3*2*224,3.实验方案,4.实验结果,原型,V型,理论停留时间的计算,其中： V：中间包有效容积； Q：中间包体积流量；,4.数值模拟,数值模拟方案同水模，由ANSYS CFX的后处理

6、POST模快对实验结果进行后处理，得到原型与最优方案的速度矢量图。,原型,V型,0 号 中 间 包,实验设计,因子及水平： 挡墙类型2水平：原型挡墙（Y）；V形挡墙(V) 导流孔水平角度2水平： 水平角对准中间孔与相邻孔的2/5处； 水平角对准中间孔与相邻孔的1/3处（Y型1/3处，V型1/2处）； 流量2水平：Q1（200L/h）;Q2（280L/h） 实验重复一次，全因子实验次数：2*2*2*216,实验方案,实验结果,原型,V型,中间包数值模拟,原型,V型,2 号 中 间 包,实验设计,因子及水平： 挡墙类型2水平：原型挡墙（Y）；V形挡墙(V) 导流孔水平角度2水平： 水平角对准中间孔

7、与相邻孔的0.233处（ Y型0.233处，V型1/2处）； 水平角对准中间孔与相邻孔的1/3处； 流量2水平：Q1（250L/h）;Q2（430L/h） 实验重复一次，全因子实验次数：2*2*2*216,实验方案,实验结果,原型,V型,中间包数值模拟,原型,V型,5.结论,（1）通过对椭圆型LF钢包及圆台包进行水模实验相应的谐时性准数方程及吹气位置、气液密度比、修正弗路德准数、径深比对谐时性准数的影响。 （2）椭圆包单孔吹气比双孔效果略好，单孔短轴1/2R处吹气的混匀时间最短，搅拌效果最好，数值模拟计算也证实了水模型实验结果。 （3）圆台包单孔吹气条件下，透气砖位于距中心2/3R处为最佳方案。,（4）采用V型挡墙，钢液在中间包内的平均停留时间、死区比例、滞止时间分布比较均匀，在同工况下实际停留时间较长，死区比例较小。 （5）V型挡墙， 3号中间包孔径为130mm、孔上倾角15、水平倾角15时，流场分布较均匀，为最佳工况。,（6）V型挡墙，2号中间包孔径100mm，孔