文档介绍：冶金过程水模拟
【实验性质】综合性实验；学时：4
1. 1实验目的
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，是由间歇操作转向连续操作的衔接点，随着连铸技术水平的不断提高，中间包对于精炼和提高铸坯质量方面的作用越来越明显，已经由普通的过渡容器发展为多功能连铸反应器。中间包现在的冶金作用不仅是储存和分配钢包钢水，而且还通过控流装置，调整钢液流动状态，从而达到均匀温度和促进非金属夹杂物上浮的效果。
中间包控流技术包括：增大中间包容量、挡墙挡坝及导流孔的应用、湍流抑制器、过滤装置、使用塞棒、中间包吹氮等。本实验通过改变中间包挡墙和坝大高度或位置来改变钢液流动状态，促进钢液中夹杂物的上浮去除，延长钢液在包内的平均停留时间，提高铸坯的质量。本实验要达到以下目的：
(1 )用KC1作示踪剂，采用“刺激一响应”的方法测得不同控流装置条件下水的RTD(Residence Time Distribution,停留时间分布)曲线，通过分析该曲线，确定中包内控流装置的最佳配合, 从而达到在实际生产中促进夹杂物上浮，均匀钢液温度的目的。
用水模拟钢液，用墨水作示踪剂，直观地表现出钢液在中间包内的流动情况；

木实验中用水模拟钢液，用有机玻璃模型模拟实际中间包。这是因为水易于操作且20°C
水的运动粘度与1600 °C钢液的运动粘度相当，其各自的物理性质如表1. 1
表1 20°C水和1600°C钢液的物性参数
物质
密度P (屉M)
粘度 “（kg/m s）
运动粘度v (mJA)
表面张力Q < N/ni)
水（20*0
1000

*1 O'®

钢水（1600t）
7014

'°

木实验以相似原理为理论基础，要保证模型与实型的相似，必须满足几何相似，动力相似，才能保证运动相似。中间包内钢液的流动，是液体在重力作用下从大包水口流入中间包内，然后从中间包水口流出。在这种情况下，可视为粘性不可压缩稳态等温流动。中间包中的钢液流动主要受粘滞力、重力和惯性力的作用，为保证原型与模型的运动相似，需要采用雷诺数、弗鲁德数同时相等。
雷诺数 Re=PuL/u, (1)
弗鲁德数 Fr = u2/ gL, (2)
其中：P :密度；L：长度；u：流速；u :粘性系数；g：重力加速度。

当Re数小于某一数值（第一临界值）时，流动处于层流状态。在层流状态范围内，流体的速度分布彼此相似，与Re数不再有关，这种现象便称为自模性，常将Re<2000的范围称为第一自模化区。当2000<Re<104时，流体处于由层流向湍流的过渡状态，这时流动速度分布随Re变化较大；但是，当Re>104时，流动再次进入自模化状态，称为第二自模化区，只要原型设备的Re数处于自模化区以内。则模型和原型Re数就不必相等，只需处于同一自模化区就可以了。此时只考虑Fr数即可。下面以唐山港陆钢铁有限公司单流板坯30t连铸中间包为研究对象，进行Re准数分析。
模型与原型Re准数计算
根据系统流量相等，计算钢包出口钢液速度：
= VoSPs （3）
式中：
VQ—拉坯速度，