八流小方坯中间包结构优化

多 流连铸 中间包 ， 如果结 构不 合理 ， 各流之 间钢液 流 动、 温度及 夹杂物 的大 小和数 量会存 在较 大的差 异 ，
直接 影响到 连铸坯 的质 量 。某炼钢 厂八 流小方坯 连
软 件进行 分析 。通过对 现有 中间包 结构进 行钢液 流 动 性分 析 ， 分析 结果证 明 目前结 构不 合理 ， 近流有短 路 流出现 ， 且各 流差异较 大 ， 不利 于去 除钢 液中 的夹
湍 动能耗 散率 （ ）方程
—＿＝［ 台 ２ 流 场 的数值 分 析 毒（ 妾 ＋ ｂ 等 【 ）］ｃＧｚ ＝ ＋ Ｊ 詈— ｃ
其中：
Ｇ ７（ 誓） ＝ ＋ － Ｓ软 件 主 要 包 括 三个 部 分 ： 处 ， ＮＹ 前
． ，
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ｆ ｗ ｆ ｌ ｆ ｉｈ —ｓｒｎ ｉ ｅ ｕ ｄ ｓ ｎ ａ ｓｅ ｌ ｌ ｉ ａ ａｙ ｅ ｙ ｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌｔ ｎ ｍｅｈ ｄ Ｔ ｅ ｓｒ ｃ ： ｈ ｏ ｅｄ ｏ ｇ ｔ ｔａ ｄ ｂｌ ｔ ｎ ｉｈ ｉ ｔｅ ｌ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ ｂ ｕ ｒ ｌ ｍｕ ａｉ ｔ ｏ ． ｈ ｌ ｉ ｅ ｌ ｔ ｍｉ ｃ ｓ ｏ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｔｕ ｔｒ ｆ ｈ ｕ ｄｓ ｎ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅ Ｔ ｅｅ ａ ｅ ｓ ｏ ｔ ｉｃ ｉ ｆ ｗ ｅ ｒ ｔ ｎ ｓａ ｄ ｔ ｅ ｄｆ ｒ ｎ ｅ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ｅ ｔｎ ｉｈ ｉ ｕ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ． ｈ ｒ ｒ ｈ ｒ —ｃ ｒｕ ｔ ｏ ｓ ｎ ａ ｒ ｄ ｎ ｝ ｉ ｅ ｅ ｃ ｓ ｓ ｔ ｔ Ｓ ｌ ｓａ ｌ ａ ｎ ｔ ｎ ｓ ａ ｅ ｇ ｅ ｔ ｗｈ ｃ ｒ ｏ ｏ ｄ ｆｒｒ ｍｏ ｉ ｇ ｉ ｃｕ ｉｎ ｎ ｎ ｒ ａ ｉｇ ｔｅ ｕ ｉ ｒ ｔ ｆｍｏｔ ｎ ｓｅ ｌｆｒｅ ｃ ｍｏ ｇ ｓｒ ｄ ｒ ｒ ａ ， ｉ ｈ ａ ｅ ｎ ｔｇ ｏ ｏ ｅ ｖｎ ｎ ｌ ｓ ｓ ａ ｄ ｉ ｃ ｅ ｓ ｈ ｎ ｆ ｍｉ ｏ ｌ ｔｅ ｏ ａ ｈ ａ ｏ ｎ ｏ ｙ ｅ
它 变量 的法线 方 向导数 为零 。 （ ）中间包 液面上 所 有变 量梯 度为 零 。 ３
（ ）中间 包 人 口处 和 出 口处 钢 液 速 度 垂 直 向 ４ 下， 拉坯 速度及 铸坯 断 面根 据 流量 相 等 原则 确 定 人
也保 证 了各 流 间钢液 的均 匀 性 。
口速度 ， 口采 用压 力 出 口边 界 条件 。 出 １３ 计算 条件 及参 数 ． 某 炼 钢 厂 八 流 小 方 坯 连 铸 机 主 要 生 产
ｏ
ａ
动量 方程 （ —Ｓ方 程 ） Ｎ ：
８ ａ 毒考 ￡磅 《 日 ａ＋（ 《 ａ ‘
一 ＋
（） ２
①有 效分 流 ， 证 中间包 各 流钢液 分 配均匀 ， 保 钢 液 温度 、 分均 匀 ； 钢 液 流 动平 稳 ， 少钢 液 对 钢 成 ② 减 渣界 面 的冲击 及对 包 衬 等 耐 火材 料 冲刷 ， 免 卷 入 避
不合理 ， 近流有短路流 出现 ， 且各 流差异较大 ， 不利于去 除钢液 中的夹杂 物 ， 不利 于提高各 流间钢 液的均匀 性。通
过改变挡墙孔高和坝高 ， 分析了 ４种不同组合 方案 ， 并逐 一进行 流场分析 ， 经过 比较得 出最 佳 中间包结构 ， 消除 了
近流的短路流 ， 即有利于夹杂物上浮和去除 ， 同时也保证 了各流 间钢液的均匀性。 关键词 ： 中间包 ； Ｎ Ｙ ； Ａ Ｓ Ｓ 流场 ； 优化
连铸 中间包 是连 接 钢 包 与结 晶器 的过 渡 容 器 ，
具有分 压 、 连浇 、 流 、 化 、 稳 净 调节温 度等功 能 。对 于
经 常 出现溢 、 、 ， 流之 间存在 很大 差异 ， 明该 漏 絮 各 表
中间包各 流钢液 存在 明显 的不均 匀性 。本 文根据 该
厂八 流小方 坯连 铸机 实 际 中 间包 结 构 ， 用 Ａ Ｓ Ｓ 应 Ｎ Ｙ
物 的上 浮 去除 。
湍动 能 （ ）方 程 ：
—
＝
【 ＋ Ｐ 【 ［ ＋）】 － （ 外来夹 杂 物 ； 钢液平 均停 留时 间足够 长 ， 进夹 杂 （ 妻 ３ ＋ ｊ ｅ ｊ Ｇ ） ③ 促
（） ４ ２ １ 流 场 的分析 方法 ． 文 中采用 Ａ Ｓ Ｓ软件 对 中 间包 三维 流场 进 行 ＮＹ
理模 块 、 分析计 算 模 块 和 后 处理 模块 。前处 理 模 块
为用 户提 供 了一个 强 大 的建 模 及 网 络划 分 工 具 ， 用
毒 日＋ （／＝ ｋ ｄ ）ｄ ） ｄ ， ｆ ｐｔ （ （ ｐ ｚ ） ｒ ０ ｒ
（ 等 ， 以模 拟 多种 物 理介质 的相互 作用 ， 灵敏 度 ５ 可 ） 具有
及现场 经 验 ， 验 常 数 的取 值 为 经
１ ９ Ｃｄ ＝ ０ ０ ． ３； ． ９； ： １ ０； ．
２ ３
杂物 ， 不利 于提 高 各 流 间 钢 液 的均 匀 性 。通 过改 变 挡墙 孔高 和坝 高 ， 析 了六种 不 同组 合方案 ， 逐 一 分 并 进行 流场分 析 ， 过 比较 得 出最 佳 中间包结 构 ， 除 经 消 了近流 的短 路流 ， 即有利 于夹 杂 物上 浮和 去除 ， 时 同
第３ ７卷第 ２期 ２ １ 年 ４月 ０１
包
钢
科
技
Ｖｏ． ７， ． １ ３ Ｎｏ ２
Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆＢ ｏ ｏ ｔ ｅ ｃ ｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ａ ｔ ｕ Ｓ ｅ ｌ
Ａｐ ｌ ２ １ ｉ ｒ ，０ １
八 流小方 坯 中间包 结构 优 化
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｂａ ｔ ｕ ０１ ０１ Ｎｅ ｏ ｇ ｌ Ｃｈ ｎ ； ｏ ｏ ４ ０， ｉＭ ｎ ｇｏ ， ｉａ
２ ｔ ｌ ｅ ｉ ｌｎ Ｓｅｌ ｎｏ ｏ ｔ．ｏ Ｂ ｏ ｕＳｅｌ Ｇｏｐ ．Ｓｅ —ｍ ｌｎ Ｐａ ｔ ｔ ｉｎＣ ．Ｌｄ ｆ ａｔ ｔ （ ｒｕ ） ｅ ｔｇ ｆ ｏ ｅＵ ｏ ｅ Ｂ ｏ ｕ０ ４ １ Ｎ ｉ ｎｇ ｌ Ｃ ｉ ） ａｔ １０ ０， ｅ Ｍｏｇ ｏ， ｈｎ ｏ ａ
许 福 源 ， 建 新 汪
（．内蒙古科技 大 学机械 工程 学 院 ， １ 内蒙古 包头 ０４ １ ： １００
２ ．内蒙古 包钢钢联股份有限公司炼钢厂， 内蒙古 包头 ０４ １ ） １０ ０
摘
要： 针对某钢Ｉ ］ 流小方坯 中间包 ， －ｋ 采用数值模拟 方法 ， 对流场进行分析 ， 结果表 明， 该钢 厂使 用的 中间包结构
面高度 １２ｍ， 口直径 ８ ｍ， 口直 径 ２ ｍ ， ． 人 ０ｍ 出 ４ｍ 工作 液面高 度 ：５ ｍ 浇注 时 间 ３ ｉ ， ７０ｍ ３ｍ ｎ 平均 铸 流 流量 为 ３ ３ ／ ｎ ． ３ ｔｍｉ。拉 速 ： ． ２ ３～２ ５ ｍ ｍ ｎ 中 间 ． ／ ｉ。 包 为 Ｔ型 结构 ， 对称 布置 出水 口。 合理 的中 间包 流场 应满 足 以下要 求 … ：
效传 热 系数 ； 为 流体 湍 动 能 ， ｓ； ｍ ／ Ｇ为 湍 动 能 产
生率 ； 流体 的湍 动 能 耗 散 率 ， ｓ； 湍 流粘 为 ｍ ／ ／ 为 ｘ 度 系数 ； Ｃ ， ， 为经 验 常数 。 Ｃ ，：Ｃ ， 在 标 准 ｋ一占模型 中 ， 根据 Ｌ ｕ ｄ ｒ 的推 荐值 ａｎ ｅ 等
中图 分 类 号 ： Ｆ７ Ｔ ７ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文章 编 号 ：０ ９— ４ ８ ２ １ ）２— ０ ２— ３ １０ ５ ３ （０ １０ ０ ２ ０
Ｓｔｕｃｕｒ ｌＯｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｇ ｔ—ｓｒ ｎｄ Ｂｉ ｅ ｎｄ ｓ ｒ ｔ ａ ｔｍ ｚ ｔｏ ｆＥｉ ｈ — ｔａ ｌ ｔＴｕ ｉｈ ｌ
铸机 主要 生产 １０ｍ ５ ｍ 小 方坯 ， 生 产 中 ５ ｍ ｘ１０ｍ 在
收稿 日期 ：０ ０— ３一Ｏ ２１ ０ １ 作者简介 ： 许福源 （９ ９一）男 ， １６ ， 内蒙古包 头市人 ， 在读硕士 ， 高级工程师 ， 现从事设备管理工作 。
第 ２期
八 流 小 方 坯 中 间 包 结 构 优 化
ｏ ｔ ｌ ｔｕ ｔ ｒ ｆｔ ｎ ｉ ｓ ｇ ｔｂ ｎ ｌｚｎ ｎ ｏ ａ ｎ ｖ ｒ ｏ ｅ ｄ， ｈ ｃ ｏ ｌ ｌ ｎ ｔ ｈ ｈ ｒ — ｃｒ ｕｔ ｐｉ ｍａ ｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ｕ ｄ ｓ ｉ ｏ ｙ ａ ａｙ ｉｇ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｇ ｅ ｅｙ ｆ ｗ ｆ ｌ ｗ ｉｈ ｃ ｕ ｄ ｅ ｉ ａ ｅ ｔ ｅ ｓ ｏ ｈ ｉ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｉｃ ｉ ｌ ｓ ｎ ａ ｈ ｔ ｄ Ｏ ａ ｏ ｂ ｏ ｄ ｆ ｅ ｖｎ ｎ ｌ ｓ ｓ ａ ｅｌ ｓ ｇ ａ ｎ ｅ ｈ ｎ ｆｍ ｔ ｏ ｌ ｔｅ ｍｏ ｇ ｆ ｗ ｅ ｒｔｅ ｓｒ ｎ ｓＳ ｓ ｔ ｅ ｇ ｏ ｒｒ ｍｏ ｉ ｇ ｉ ｃｕ ｉｎ ｓ ｗ ｌ ａ ｕ ａ ｔｅ ｔ ｅ ｕ ｉ ｒ ｉ ｆｍｏｔｎ ｓｅ ｌ ａ ｎ ｏ ａ ｏ ｏ ｒ ｏ ｙ ｅ ｓｒ ｎ ｓ ｔａ ｄ ． Ｋｅ ｒ ｓ ｔ ｎ ｉｈ； Ｓ ； ｏ ｅｄ； ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ：ｕ ｄｓ ＡＮ ＹＳ ｆ ｗ ｆ ｌ ｏ ｔ ｌ ｉ ｍｉａ ｉ ｏ
ｓｒ ｎ Ｉ ｈ ｐｅ ，ｏ ｒｃ ｍｂ ｎ ｔｏ ｓａ ｅ ａ ａｙｚｄ ｙ ｃ ａ ｉ ｇ ｔ ｉｈ ｆａ ｒｕ ｅ ａ ａ ｆ ｒｂａｒｃ ｄ ．Ｍｏ ｅ ｖ ｒ，ｈ ｔａ ｄ． ｎ ｔ ｅ ｐａ ｒ ｆ ｕ ｏ ｉ ａｉ ｎ ｒ ｎ ｌ ｅ ｂ ｈ ｎｇｎ ｈｅｈｅｇ ｔｏ ｐｅｔ ｒ ｎｄ ｄ ｍ ｏ ｒｉ ａ ｅ ｒｏｅ ｔｅ
分析及 优化 分析 能 力 ； 后 处 理 模块 可将 计 算 结果 而
以彩色 等值线 显 示 、 度 显示 、 量 显 示 、 子 流显 梯 矢 粒 示、 立体 切 片显示 、 明及半 透 明显 示等 图形显 示方 透
户可 以很 方便地 构造 有 限元模 型 。流 体动 力学分 析
式中 ： Ｐ为钢液 密度 ， ｇ ｍ ；。“ 为流场 时均 速 ｋ ／ ／ ， ３ ， 度 ， ／ ； ， 为张 量表 示 的 方 向 ； ｅ 为有 效 粘 度 系 ｍｓ ／Ｚ Ｚｒ 数； Ｔ为钢 液温度 ， ￡ 时 间 ， ； 为焓 ，， 为 有 ｏ 为 Ｃ； ｓ ；
ｘｕ ｕ—ｙ ａ － ＡＮＧ Ｊａ Ｆ ｕ ｎ ，．Ｗ ｉｎ— ｉ ｘｎ
（ ． ｃｏｌｆＭｅ ａ ｉ ｌ ｎ ｉｅ ｉ Ｉｎｒ ｎ ｏｉ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｓｉ ｃ ａｄ １ Ｓｈ ｏ ｏ ｃ ｎｃ ｇｎ ｅ ｎ ｎ ｅ ｇ ｌ ｎｖ ｓｙｆ ｃ ｎｅ ｎ ｈ ａＥ ｒ ｇ， Ｍｏ ａ ｅ ｉ ｅ
１ ０ｍ ５ ｍ线 材钢 。钢 水包 容 积 ：１ 钢水 ， ５ ｍ ｘ１０ｍ １ ０ｔ
ｌ 中间包 内钢 液 的数 学模型
１ １ 钢液在 中间包 内流 动 中遵循 的方 程 ． 连续 性方 程 ：
：
其 主要 物理 参数 为 ： 长度 ８２ｍ， 度 １２ｍ， ． 宽 ． 自由表