7月-宽板坯连铸结晶器内流动形态试验研究

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1、宽板坯连铸结晶器内流动形态试验研究孙彦辉1韦耀环1蔡开科1何矿年2肖寄光2廖卫团2（1．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；2．韶钢松山股份有限公司，韶关512123）摘要：结合某厂宽板坯连铸结晶器的四种断面尺寸，采用1:1水模型进行试验，研究了结晶器内流体的流动形态。通过观察流场现象得到了结晶器内的流动模式有“双辊式”、“准双辊式”、“单辊式”、“混合式”四种，并提出了结晶器内较优的流体流动形态是“双辊式”流动。关键词：水模型结晶器流动形态ExperimentalResearchofFlowPatternsintheWideSlabC

2、ontinuousCastingMoldSunYanhui1WeiYaohuan1CaiKaike1HeKuangnian2XiaoJiguang2LiaoWeituan2(1.SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China;2.SGISSongshanCo.,Ltd,Shaoguan512123,China)Abstract:Basedonfoursectionsizeofwidesla

3、bcontinuouscastingmoldofaplant,awatermodelwith1:1ratiohasbeenusedtotesttheflowpatternsinthemold.Accordingtothephenomenonofflowinthemold,fourflowpatternshavebeenobtained,suchas,“double-roll”,“quasidouble-roll”,“single-roll”,“combined-roll”.Asaresult,itisadvisedthattheoptimumoffl

4、owforminthemoldis“double-roll”.KeyWords:WatermodelMoldFlowpatterns1前言钢液在结晶器内的流动行为与铸坯中的卷渣、卷气、裂纹等许多质量问题直接相关，因此前人对在不同的工况条件下，如不同的拉速、水口吹气量、水口浸入深度、水口内径、水口底部结构、水口吐出孔数等做了很多相关的结晶器内流动行为的水模和数模研究，并得出了不同的工艺优化参数[1~5]。对于结晶器内流体的流动模式，前人通过试验观察得到最多的就是四旋涡式流场，也是结晶器内最希望得到的流动模式，而首先定义结晶器流场模式分为“双辊式”和“单

5、辊式”的是Thomas[6]。由于结晶器内的流体运动行为对铸坯质量具有重要的影响，故研究结晶器内钢液的整体流动模式，并具体分析各种流动模式的特点，进而弄清铸坯质量问题的来源，这对防止保护渣的卷入、气泡的捕捉以及凝固坯壳的不均匀生长都有重要的意义。2试验方法与装置水模型是遵循相似原理、以模型与原型之间的几何相似为基础、用模型来模拟原型物理现象的方法。水模拟不受方程式、边界条件的限制，可以定性、定量的对结晶器内钢液的流动状况进行研究。连铸过程中钢液流动受到了惯性力、重力、粘性力的作用，为了确保模型结晶器内流体的流动特征同原型结晶器内的相似，应保证两者的动

6、力学和几何相似[7,8]。采用Fr准数模型，保证模型同原型的Fr数相等，而Re数处于同一自模划区，则有：式中：m－代表模型；P－代表原型。5定义：，；则有：本试验采用1:1的比例模型，即lf=1，故此时模型同原型的速度、时间和流量的比分别为：vf=(lf)1/2=1，tf=1，Qf=(lf)2×vf=1。试验装置示意图如图1所示，主要研究150mm×(1800、2300、2800、3250)mm四种宽板坯连铸用的结晶器内流场。在模型结晶器的下半部分加一“蜂窝板”作为置衡器，是为了避免模型结晶器出口对流场的影响。试验的工况条件变化是：吹气量为0～8L/

7、min，拉速为1.1～1.5m/min，SEN浸入深度为80～130mm，水口内径为Φ63mm和Φ75mm，水口吐出孔数为2孔，水口侧孔倾角向下(-10°、-15°、-20°、-25°)，水口侧孔尺寸为80mm×35mm和90mm×35mm，水口底部形状为“凹”型和“凸”型。试验是多因素和多水平的，所以通过正交试验方法分阶段进行试验，并观察每个工况条件下的试验现象。1－水箱；2－结晶器；3－波高传感器；4－压力传感器；5－旋浆式流速仪；6－流速计数器；7－DJ800数据采集系统；8－计算机；9－大气罐；10－气体流量计；11－涡轮水流量传感器；12－

8、水泵图1水模型试验装置示意图Fig.1Schematicofwatermodelexperimentalap