石鋼鋼包及中間包的水模型實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告@.ppt

1、鋼包及中間包的水模型實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告,北京科技大學(xué) 石家莊鋼鐵股份有限責(zé)任公司 2007.12.13,石家莊鋼鐵股份有限責(zé)任公司,提 綱,橢圓包 圓臺包 3號中間包 0號中間包 2號中間包,橢 圓 包,1.原理相似原理,幾何相似：1：2 動(dòng)力相似（修正弗路德準(zhǔn)數(shù)相等） 其中：,諧時(shí)性準(zhǔn)數(shù)及準(zhǔn)數(shù)方程,通過因次分析，應(yīng)用相似理論中定理，可以得到下列各量綱一的數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系：,H0 稱為諧時(shí)性準(zhǔn)數(shù)，表示不穩(wěn)定流動(dòng)流速和時(shí)間關(guān)系，代表流體流動(dòng)的不穩(wěn)定程度，是一個(gè)時(shí)間變量。,其中：,2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),評價(jià)指標(biāo)：混勻時(shí)間（與比攪拌能關(guān)系） 實(shí)驗(yàn)因子和水平： W 吹氣孔位置: 8水平（單孔五種：雙孔三種） Fr

2、修正弗路德準(zhǔn)數(shù)：4水平 H/D 徑深比： 4水平 氣液密度比: 2水平,各吹氣孔在包底的位置,水模型實(shí)驗(yàn)裝置示意圖,實(shí)驗(yàn)方案,按正交表 安排實(shí)驗(yàn)方案 實(shí)驗(yàn)方案表省略 全因子實(shí)驗(yàn)次數(shù)：8*4*4*2*2512 實(shí)際安排次數(shù)：32*264,3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果,準(zhǔn)數(shù)方程,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出方程中的各項(xiàng)參數(shù)及各準(zhǔn)數(shù)值，進(jìn)行多元強(qiáng)迫回歸分析，得出水模型吹氣的準(zhǔn)數(shù)方程：,描述水模型中完全混勻時(shí)間的參數(shù)方程為：,混勻時(shí)間與吹位關(guān)系圖,各因素對諧時(shí)性準(zhǔn)數(shù)H0的影響,吹位,修正弗路德準(zhǔn)數(shù),徑深比,密度比,4.數(shù)值模擬對水模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的描述,采用ANSYS CFX11.0對橢圓型LF鋼包內(nèi)液體流場進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得到不

3、同工況下的速度矢量圖和速度云圖，對原型和最優(yōu)方案（單孔短軸1/2R處）進(jìn)行比較。,速度矢量圖,原型,優(yōu)化方案,速度云圖,原型,優(yōu)化方案,圓 臺 包,根據(jù)相似原理建立模型，參數(shù)推導(dǎo)同橢 圓包，按正交表 安排實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)方案表略。,實(shí)驗(yàn)方案,按正交表 安排實(shí)驗(yàn)方案 實(shí)驗(yàn)方案表省略 全因子實(shí)驗(yàn)次數(shù)：8*4*4*2*2512 實(shí)際安排次數(shù)：32*264,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),評價(jià)指標(biāo)：混勻時(shí)間（與比攪拌能關(guān)系） 實(shí)驗(yàn)因子和水平： W 吹氣孔位置: 8水平（單孔四種：雙孔四種） Fr 修正弗路德準(zhǔn)數(shù)：4水平 H/D 徑深比： 4水平 氣液密度比: 2水平,各吹氣孔在包底的具體位置,諧時(shí)性準(zhǔn)數(shù)方程,通過強(qiáng)迫回歸得到

4、諧時(shí)性準(zhǔn)數(shù)方程,描述水模型中完全混勻時(shí)間的參數(shù)方程為：,混勻時(shí)間與吹位關(guān)系圖,混勻時(shí)間與流量的關(guān)系圖,t與熔池深度的指數(shù)關(guān)系圖,t與密度的指數(shù)關(guān)系圖,速度矢量圖,原型,優(yōu)化方案,速度云圖,原型,優(yōu)化方案,3 號 中 間 包,1. 相似原理,幾何相似：1：2.5 動(dòng)力相似（原型與模型弗路德準(zhǔn)數(shù)相等） 其中：,實(shí)驗(yàn)方法,刺激響應(yīng)法（脈沖響應(yīng)） 在中間包注流處輸入一個(gè)刺激信號（示蹤劑采用飽和氯化鉀溶液），然后在中間包出口處測量該輸入信號（電導(dǎo)率）的輸出，即所謂的響應(yīng)，從響應(yīng)曲線（RTD曲線）得到流體在中間包內(nèi)的停留時(shí)間分布。,水模型實(shí)驗(yàn)裝置示意圖,脈沖響應(yīng)(RTD)曲線圖,流場顯示,采用墨水做示蹤劑

5、，進(jìn)行錄像，對典型流場進(jìn)行直觀的分析比較。,2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)： 滯止時(shí)間（各流滯止時(shí)間的平均值大，分布均勻） 平均停留時(shí)間（平均停留時(shí)間長，分布均勻） 峰值時(shí)間（參考） 因子及水平： 擋墻類型2水平：原型擋墻（Y）；V形擋墻(V) 導(dǎo)流孔孔徑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） 實(shí)驗(yàn)重復(fù)一次，全因子實(shí)驗(yàn)次數(shù)：2*3*2*224,3.實(shí)驗(yàn)方案,4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果,原型,V型,理論停留時(shí)間的計(jì)算,其中： V：中間包有效容積； Q：中間包體積流量；,4.數(shù)值模擬,數(shù)值模擬方案同水模，由ANSYS CFX的后處理

6、POST?？鞂?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行后處理，得到原型與最優(yōu)方案的速度矢量圖。,原型,V型,0 號 中 間 包,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),因子及水平： 擋墻類型2水平：原型擋墻（Y）；V形擋墻(V) 導(dǎo)流孔水平角度2水平： 水平角對準(zhǔn)中間孔與相鄰孔的2/5處； 水平角對準(zhǔn)中間孔與相鄰孔的1/3處（Y型1/3處，V型1/2處）； 流量2水平：Q1（200L/h）;Q2（280L/h） 實(shí)驗(yàn)重復(fù)一次，全因子實(shí)驗(yàn)次數(shù)：2*2*2*216,實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,原型,V型,中間包數(shù)值模擬,原型,V型,2 號 中 間 包,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),因子及水平： 擋墻類型2水平：原型擋墻（Y）；V形擋墻(V) 導(dǎo)流孔水平角度2水平： 水平角對準(zhǔn)中間孔

7、與相鄰孔的0.233處（ Y型0.233處，V型1/2處）； 水平角對準(zhǔn)中間孔與相鄰孔的1/3處； 流量2水平：Q1（250L/h）;Q2（430L/h） 實(shí)驗(yàn)重復(fù)一次，全因子實(shí)驗(yàn)次數(shù)：2*2*2*216,實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,原型,V型,中間包數(shù)值模擬,原型,V型,5.結(jié)論,（1）通過對橢圓型LF鋼包及圓臺包進(jìn)行水模實(shí)驗(yàn)相應(yīng)的諧時(shí)性準(zhǔn)數(shù)方程及吹氣位置、氣液密度比、修正弗路德準(zhǔn)數(shù)、徑深比對諧時(shí)性準(zhǔn)數(shù)的影響。 （2）橢圓包單孔吹氣比雙孔效果略好，單孔短軸1/2R處吹氣的混勻時(shí)間最短，攪拌效果最好，數(shù)值模擬計(jì)算也證實(shí)了水模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 （3）圓臺包單孔吹氣條件下，透氣磚位于距中心2/3R處為最佳方案。,（4）采用V型擋墻，鋼液在中間包內(nèi)的平均停留時(shí)間、死區(qū)比例、滯止時(shí)間分布比較均勻，在同工況下實(shí)際停留時(shí)間較長，死區(qū)比例較小。 （5）V型擋墻， 3號中間包孔徑為130mm、孔上傾角15、水平傾角15時(shí)，流場分布較均勻，為最佳工況。,（6）V型擋墻，2號中間包孔徑100mm，孔