板坯连铸非对称操作工艺对结晶器液面涡流的影响

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1、第10卷第3期过程工程学报Vol.10No.32010年6月TheChineseJournalofProcessEngineeringJune2010板坯连铸非对称操作工艺对结晶器液面涡流的影响王治国，张小伟，王寅，王敏，邓康，任忠鸣(上海大学材料学院，上海现代冶金与材料制备重点实验室，上海200072)摘要：利用水模拟研究了连铸操作工艺对板坯结晶器液面涡流的影响规律，分析了各参数对液面涡流的影响.结果表明，形成涡流的原因是表面流的湍动性造成的水口两侧表面流动量不对称和操作工艺导致的水口两侧表面流不对称.相同拉速下，液面涡流在滑板全开启时出现的次

2、数较不全开启时减少7~9次/min；增加水口滑板下方浇管长度对调整滑板不全开启时浇管内的液流流态有利，但对降低液面涡流出现的频度效果有限；当水口出口部分堵塞时，涡流出现的频度迅速上升，滑板开启40%和60%时，单侧出口堵塞70%时的液面涡流频率是未堵塞时的2.2和2.9倍.关键词：连铸；板坯；结晶器；涡流；水模拟中图分类号：TF777.1文献标识码：A文章编号：1009−606X(2010)03−0438−07流场的主要驱动力为重力，运动中受粘性力影响.根据1前言相似第二原理，选用弗劳德(Fr)准数和雷诺(Re)准数相结晶器液面涡流是导致连铸中钢

3、液表面卷渣的重等.由计算可知，模型与实际条件下的Re准数均属第要原因之一[1−6].板坯连铸中，操作工艺导致的水口不均二自模化区，雷诺数继续提高对流体的紊乱程度和速度衡浇注如滑板不全开启或水口出口部分堵塞等，及操作分布几乎没有影响，故只保证Fr相等即可，即1/21/2工艺改变、外加非稳定流场的湍流脉动特性等均会加剧vm/(glm)=vp/(glp),结晶器内金属流场的不对称性，产生涡流−卷渣现象，式中，vm和vp为模型与原型装置中流体速度，lm和lp[7−9][10]使铸坯质量下降.对此，Li等用水模型方法研究为模型与原型的特征长度，g为重力加速

4、度.了CSP连铸结晶器浸入式水口附近出现的涡流；Qian表1钢液和水的物性参数[11]等通过数值模拟发现板坯结晶器中时均流场为左右Table1Physicalparametersofmoltensteelandwater对称，但瞬时流场和涡流则随时间变化，不对称；唐学DensitySurfacetensionDynamicMaterial32(kg/m)(N/m)viscosity(m/s)[12]林等利用大涡模拟发现在水口完全对中条件下，水口1600℃moltensteel70141.6001.0×10−6−6两侧的流体在瞬时仍存在相对流动.因

5、此，在连铸生产20℃water9980.0730.9×10中有时会出现不规则或规律不明显的凝固缺陷，用稳态2.2实验装置及仪器场模拟结果和操作工艺难以解释和消除，需要进行连铸实验装置见图1，实验模型用有机玻璃制成，基本流场等的非对称和非稳定研究.前期工作对结晶器液面涡流的形式和分布及中间包液位深度、水口浸入深度、结晶器宽度等对液面涡流的影响规律进行了水力学模拟.本工作以某厂板坯连铸机为例，采用0.7:1的水力学模型，对水口滑板部分开启和水口部分堵塞等非对称条件下的液面涡流现象及其影响规律进行研究，了解板坯连铸时操作工艺或水口部分阻塞导致的不对称条

6、件下，结晶器内液面涡流出现的规律和影响因素，为优化连铸工艺提供参考.2实验2.1实验材料图1水力学模型装置以室温下的水为介质模拟钢液，物性参数见表1.Fig.1Experimentalapparatusofwatermodel收稿日期：2010−02−08，修回日期：2010−03−29基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号：50674066)作者简介：王治国(1984−)，男，山东省菏泽市人，硕士研究生，钢铁冶金专业；邓康，通讯联系人，Tel:021-56331102,E-mail:dengk2000@163.com.第3期王治国等：板坯连铸

7、非对称操作工艺对结晶器液面涡流的影响439尺寸见表2.模型与原型几何相似，相似比为1:1.43.水速增加，涡流强度增大，涡管深度增大，液面波动变得口底部为凹底形状，凹下深度13.7mm，出口倾角为向剧烈，液面涡流频率增加.o下15.实验中用摄像机记录涡流出现的位置、大小、深度和时间.表2实验装置的主要参数Table2GeometricparametersofexperimentalapparatusSlabwidthSlabthicknessOutletOutletSENdiameter(mm)(mm)height(mm)width(mm)(mm

8、)Openingdegreeofslidegateat40%,andcastingspeed1.3m/min9001605646492.