立式板坯连铸机结晶器液面控流的物理模拟

1、第卷第期年月钢铁钒钛，立式板坯连铸机结晶器液面控流的物理模拟赵志刚”，陈远清，施哲，胡坤太，仇圣桃（昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明；钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心，北京）摘要：为研究低拉速下结晶器流动控制装置对流场的影响，以宝钢立式板坯连铸机结晶器为研究对象，采用：的物理模型进行了水模试验，研究了两种浸入式水口条件下液面加控流装置与否、控流装置位置及其插入深度对液面波动及流场分布的影响。研究表明：水口侧孔倾角向下时，对流动模式的改变不大，但使得液面波动量有所减小；而水口侧孔倾角向上时，控流装置对流动模式有较明显的改变，液面局部波动量增加明显；控流装置插入深度在一范围内，控流装置

2、位置对液面波动的影响比插入深度显著；结晶器流动控制装置并不适用于低拉速条件下的板坯连铸。关键词：板坯连铸机；结晶器流动控制装置；浸入式水口；液面波动中图分类号：耵文献标识码：文章编号：（）锄”，地吣加。吣嬲缸蛔，锄，压，量，呦嘣畸（儿腿，衄，；撕鼬鼬州胝雠蜥，酬，）渤锄：施加叫幽血：，曲吼觚（）砒衄打鹊，缸鹊的鼬汕晰。哆叭学），（），蚰坨姗娼啪撕肌鹪舶、珏出，鸽、毋伽帅伽扫曲蛐姆；，砒丘衄，鼬跚肌衄锄砸吼南印曲肌砒船印啪：岫鹊衙；缸）劢；啪收稿日期：作者简介：赵志刚（一），男，山西朔州人，在读硕士，主要从事连铸过程仿真研究。万方数据第期赵志刚等：立式板坯连铸机结晶器液面控流的物理模拟引言结晶器

3、是连铸过程的主体设备之一，在连铸过程中起着重要作用，因此研究结晶器钢水的流动行为对提高铸坯质量具有重要意义。为了控制结晶器表面的驻波与湍流，除了采用合理的浸入式水口外，美国俄亥俄州立大学的研究人员提出在结晶器弯月面上插入一种结晶器流动控制装置（）来改变上回流的流动路线，以抑制湍流或驻波的形成。为研究低拉速条件下结晶器流动控制装置对流场的影响，以宝钢特殊钢分公司立式板坯连铸机为研究对象，开展了物理模拟试验研究。侧研究方法物理模型及试验装置基于相似原理，建立板坯连铸结晶器近似物理模型，如图所示心】。钢液在结晶器内主要受到惯性力、重力和黏性力的作用，因此在保证原型和模型的尺和各自相等的条件下，建立：

4、物理模型旧，用有机玻璃制作结晶器物理模型，用水模拟钢水。试验装置如图所示，主要由水路系统和数据采集系统组成。试验采用“中间包一浸入式水口一结晶器一水泵一流量计一中间包”的闭环水路系统，流量计和塞棒分别用来调节拉速和控制液面稳定。试验参数根据：的相似比，可得到试验过程中的工艺参数如表所示。试验采用了两种结构的浸入式水口，如图所示。聘，点甚喜茹矍麓瓣黼耋她枷流量计水泵蛐击啊）酬细脚啪瑚图结晶器模拟试验装置表试验选用的工艺参数们鹪瑚礴既豳眦注：水口的浸入深度指侧孔上治到液面的距离。试验内容及方法）结晶器液面波动的测量。试验采用中国水利科学院开发的型水工采集处理系统测量结晶器液面波动。三个点同时测量，

5、对称布置于水口两侧，位置与测点分布如图所示。在采集时间范围内，统计出大波平均波高作为波高测量值。每种情况都重复测量次取其平均值。）流场显示。为了了解钢水在结晶器内的流动轨迹，试验中在水口中部加入染色剂（墨水）使来流着色，用摄像机记录下染色剂在结晶器模型内的扩散情况，可以近似再现钢水在结晶器内的流动轨迹。试验结果及分析结晶器流动控制装置对液面波动的影响万方数据钢铁钒钛年第卷雾镯诳主窆粝爹从表可以看出，号水口条件下，由于侧孔较小且倾角向上，流股出水口后直接冲击液面，故液面波动量较大，局部区域（。测点）的波动量超过衄。插入后，大部分情况下的液面波动加剧，尤其是位于水口与窄边中间的测点。的位置对液面波

6、动的影响较大。在位置时，窄边附近的测点位于后侧，液面流动被阻挡，液面扰动减小，故波动量减小；而。测点位于内侧，流股冲击后沿上升进而冲击液面，造成内侧的扰动加剧，故波动量增大；。测点距较远，受到的影响较小，波动量基本不变。位于位置时，各测点的波动几乎都加剧，只是当插入深度为较深盆一（）水口（）水口图水口结构示意昏臼网（衄）时，后侧的液面流动被阻挡，测点结晶表面的波动略有减小。位于位置时，内侧的。测点的波动量增大，加陀外侧的。测点波动减小，。测点的波动在插入栅时略有增加，插入咖时略有减小。浸入深度对液面波动有一定影响，但影响程度比位置小得多，插入深度由衄增加到时，、。测点的波动量有所减小，。测点的

7、波动量有所增加。图测点与位置从表可以看出，号水口条件下，由于侧孔增瑚趾大且倾角向下，从水口流出的流股较分散，不会直接冲击液面，而是流向窄边，分散成上下两个回旋区，因此液面较平稳。不加时，液面波动量为一对各个拉速下的液面波动量取平均值，分析对不同水口条件下的液面波动的影响，如表所示，由表可见对液面波动的影响效果与浸入式水口结构有很大关系。表衄，较为适中。加入后，各测点的液面波动均明显减小，大部分波动量在砌以下，而且的位置及插入深度对液面波动的影响不明显。位置和深度对各测点液面波动的影响曲歪疆酿伽伍仰眦硝伽从以上分析可知，在低拉速连铸条件下，采用倾角向上的浸入式水口时液面波动过大，而加入后，液面波

8、动没有很好地得到抑制，大多数情况下反而有所加剧，对连铸过程不利；采用倾角向下的水口时液面波动较为适中，符合连铸要求，而加入后，液面波动明显减小，大部分都在衄以下，液面过于平静，对连铸过程也不利。结晶器控流装置对流场的影响对不同水口条件下的结晶器显示流场的影响如图、所示。可见，在不同的水口条件下，对流场的影响效果有显著不同。万方数据第期赵志刚等：立式板坯连铸机结晶器液面控流的物理模拟水挡扳位于位霄挡板插八深度（曲无，：彻无；如）无，；（】有功；（）有，：有瑚旦曼图对结晶器流场的影响（水口，拉逮）导脚洲丘（，眦功。木挡板忙于付胃挡板捕人湃度（）无，由：咖无，；（）无，；（）有，；（）有，；有，矗吕

9、脑洲丘（，舾石图对结晶器漉场的影响（水口，拉速）从图可以看出，水口、无的条件下，钢水出水口后斜向上冲击液面，到达液面的时间短，对液面扰动较大，因此液面波动较大；采用后，钢水在冲击液面的过程中被阻挡，一部分钢水沿碉陀爬升进而冲击内侧的液面，这会使得扰动更大，波动加剧。从图可以看出，。水口、无加的条件下，钢水出水口后斜向下流向窄边，冲击窄边后分散成下两个回流，上回流流向水口，下回流向下流向铸坯中心，上回流到达液面的路径较长，强度较弱，因此液面较平静；采用姗后，钢水流出水口绕过冲击窄边后形成下两个回流，上回流受到硼的阻挡，到达水口附近的高温钢水变少，将会导致水口附近液面不活跃、温度低，对水口附近的化

10、渣不利。万方数据钢铁钒钛年第卷结论）对结晶器流场的影响与浸入式水口响较大，浸入深度的影响较小；水口条件下，位置和浸入深度对液面波动的影响不明显。）在低拉速条件下，不能较好地控制液面波动，使得液面波动过大或过小，不建议在连铸过程中使用。结构有关；水口条件下的流场形式有较大改变，液面波动加剧；。水口条件下的流场形式改变较小，液面波动明显减小。）。水口条件下，位置对液面波动影参考文献趴目坩，衄，明晡伽眦埘姗唧啪，（）：一（党爱国，任子平，陈远清板坯结晶器内流场的物理模拟及分析钢铁钒钛，（）：一）锄锄，彻嘲曲髓锄妣岫咀曲钯州哪，（）：（潘秀兰，冯士超，王艳红钢水夹杂物研究与控制技术的最新进展世界钢铁，

11、（）：），讪出把血瓶，咄船砌，（）：（赵志刚，胡坤太，陈远清立式板坯连铸机结晶器内液面波动的物理模拟特殊钢，（）：一）编辑余文华（上接第页）参考文献咖缸瑚砒曲阻啪叫唱眦岫，蚰，跚锄眦钯觚唧啊唧，（）：（黄守华，潘竞业，张荣禄攀钢高炉渣熔融还原碳化半工业试验研究钢铁钒钛，（）：）锄哦蜘船略蚰衄岫幽脱：仃瞄，：（王喜庆钒钛磁铁矿高炉冶炼北京：冶金工业出版社，：）岫，：吼，丑皿妒扯矗锄强乜眦鹄（）：（叶大伦，胡建华实用无机物热力学数据手册（第二版）北京：冶金工业出版社，：一）珊觚仰鲍嘶撕址哪自哪坨岫惦町目嘲，（）：（彭毅碳化攀钢高炉渣低温选择氯化的热力学分析钛工业进展，（）：）编辑杨冬梅万方数据立式

12、板坯连铸机结晶器液面控流的物理模拟作者：作者单位：赵志刚， 陈远清， 施哲， 胡坤太， 仇圣桃， Zhao Zhigang， Chen Yuanqing， Shi Zhe， HuKuntai， Qiu Shengtao赵志刚,Zhao Zhigang(昆明理工大学冶金与能源工程学院,云南昆明 650093;钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心,北京 100081)， 陈远清,胡坤太,仇圣桃,Chen Yuanqing,Hu Kuntai,Qiu Shengtao(钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心,北京,100081)， 施哲,Shi Zhe(昆明理工大学冶金与能源工程学院,云南昆明,650093)钢铁钒钛Iron Steel