王立双
中国第一重型机械股份公司铸锻钢事业部，黑龙江齐齐哈尔，161042
摘要：本文针对三流T型中间包设计控流装置，优化设计方案。用数值模拟的方法，研究了V型挡墙的曲折角度和导流孔角度对中间包流场和温度场的影响。最终确定了一套较优的中间包控流方案。
关键词：中间包；流场；温度场；数值模拟
Numerical Simulation of Flow Control Device in Three Strand T-type Tundish
Wang Li-shuang
Abstract：In this paper, the flow control device was designed for three strand T-type tundish. We chose bending angle of V-shaped dam and the angle of hole in the dam as the optimization factors. The influence of these two factors on the flow field and temperature field of tundish was studied by numerical simulation. Finally, a better flow control scheme was determined.
Key words: tundish, flow field, temperature field, numerical simulation
在连续铸机的建设中，中间包是一个不可或缺的部分。在连续铸钢发展的初期，中间包只是作为钢液的存储和分配器来使用[1]。而后其成为越来越重要的去除钢液中非金属夹杂物、均匀钢水温度的场所。对于多流连铸中间包，寻找合理的中间包控流元件的设置参数，对中间包来说具有特别重要的意义。
1.模型的建立
本文针对公司新筹建的连铸机三流“T”型中间包设计控流装置，挡墙设计成 “V”型。中间包及挡墙外形结构尺寸如下图所示：
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图1 T型中间包结构尺寸和“V”型挡墙示意图
2.控制方程及边界条件
描述钢液在中间包内流动的方程有连续性方程、动量方程、能量方程以及确定湍流粘性系数的K-ε双方程模型，由于该中间包是对称的，仅计算其1/2区域[2]。
中间包入口的速度垂直于钢液面，入口速度1.35m/s；中间包出口的速度定义为压力出口，液面速度用与对称面的方法来处理；在中间包四周壁面上，使用无滑移边界条件。
3.模拟方案及结果
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3计算结果
3.1流场计算结果
下图为流场流线图。
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图2方案0和方案4“V”型挡墙流线图
在中间包无控流装置时（如方案0所示），，钢水在分配区混合效果差，中间包上层钢水和远处短包壁处钢水更新缓慢，形成较大的死区。中间包内设置含孔的V型挡墙(方案1-6)后，钢水通过导流孔流向分配区，形成层流（方案4和5）或者在分配区内钢液形成漩涡流（方案1和6），钢水中的夹杂物遇到漩涡流不利于其上浮去除。
3.2温度场计算结果
温度场的均匀性对中间包至关重要，优化的方案需要使水口之间的温度差值达到做小。针对文中的方案进行了稳态下的温度场模拟，结果如下：
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图3 方案0和方案4中间包温度场
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从温度均匀性来看，方案2、方案4和方案5较好，方案2边缘水口与中间水口的温度差较小，方案5的中间包钢水温降最小，方案4的上述两项参数适中。综合流场分析结果，选择方案4为本次模拟的最优结果。即上导流孔向上倾斜15°，下导流孔向上倾斜15°，V型挡墙的曲折角度47°。
4.结论
本文针对连续铸机为一机三流的“T”型中间包，设计“V”型挡墙。综合模拟结果，选择V型挡墙的曲折角度43°，在V型挡墙上设置导流孔向上倾斜15°，下导流孔向上倾斜15°较为合理。
参考文献：
[1]王建军，包燕平，曲英．中间包冶金学．北京：冶金工业出版社．2001：4-10.
[2]伍成波.冶金过程数学模拟及仿真. 重庆：重庆大学出版社.2002.。