薄板坯连铸机新型浸入式水口

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2002.03.050 第24卷第3期 北京科技大学学报 VoL24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2002 薄板坯连铸机新型浸入式水口 包燕平田乃媛 徐保美 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要基于相似原理，采用1：1的水模型，模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液的流场.采用 SG800水工数据采集系统对结晶器内液面波动和注流冲击深度进行了定量测量.针对薄板坯 连铸高拉速的需要，开发了一种新型的耗散型浸入式水口，通过研究耗散水口上下出口面积 比、出口角度以及拉坯速度对结晶器液面波动和对结晶器窄边冲击情况的影响，找出了其中的 变化规律，为优化耗散式水口的结构和工艺参数提供了理论依据.通过与普通双侧孔水口的试 验比较，证明耗散型水口是一种适合薄板坯连铸高拉速生产的新型水口， 关键词薄板坯连铸；水模型：结晶器；浸入式水口；双侧孔水口；耗散型水口 分类号TF777.7 薄板坯连铸的核心设备是结晶器.在浇铸 计算本试验选用1：1的试验模型.试验原型是 过程中，结晶器内钢液的流动特征不仅影响到 CSP工艺的漏斗型结晶器，结晶器断面为1200 结晶器内钢液的传热和夹杂物的上浮，而且还 mm×50mm.试验整体装置如图1所示， 影响到初始凝固坯壳的形成，以及铸坯的表面 循环水系统 质量.由于薄板坯连铸拉速快、结晶器断面小， 中间包 使得结晶器内钢水流动剧烈，这给结晶器液面 滑动水口 的稳定、凝固坯壳的均匀形成及连铸工艺带来 数据采 结晶器 了新的问题.因此优化结晶器浸入式水口的结 集系统 流 构，研究适应于高拉速的新型浸人式水口是改 计 善钢液流动、提高连铸坯质量的有效途径 结品器保护 水模型试验是进行浸入式水口结构研究的 底部置衡器 套排水系统 有效手段，国外薄板坯连铸技术较发达国家均 采用此方法进行研究开发.本文在现行国内 结晶器排水 三通接头 大泵 外薄板坯连俦机常用浸入式水口的优化试验基 图1试验装置 础上，开发了一种新型的适合于高拉速需要的 Fig.1 Experiment equipment 浸人式水口一耗散型水口，水模型试验结果 试验将中国水科院生产的SG800水工试验 表明，相对于目前普遍采用的薄板坯双侧孔水 数据采集系统引入到结晶器水模型试验中.系 口，该水口很好的满足了高拉速薄板坯连铸的 统由微机、电测仪、打印机及各种传感器组成， 需要.同时本文对于这种耗散型浸入式水口的 采用该系统可以准确定量地测量结晶器液面的 结构优化，进行了较深入的研究. 波动的大小、个数和周期.同时结合流场显示技 1试验方法 术，可以准确地测量各工况条件下注流在结晶 器内的冲击深度. 结晶器内的钢液流动主要是受惯性力、重 试验选择结晶器钢液面的波动大小和水口 力及粘性力的作用.根据相似理论，为保证模型 注流冲击深度作为评价结晶器内钢液流场和判 和原型相似，应确保两者的Fr数与R数相等.经 断浸入式水口效果的指标.合理的浸入式水口 结构是在高拉速下，即保证钢液面不产生剧烈 收稿日期2001-11-04包燕平男，38岁，数授 的波动，同时保证较小的注流冲击深度.耗散型 *国家“九五”科技攻关项目(No.955230104) 水口和目前普遍采用的双侧孔水口如图2所示

第 2 4 卷 第 3 期 2 0 02 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s iyt o f s c i e n c e a n d eT c h n o el yg B e ij i n g V b l . 2 4 N 0 . 3 J U n . 2 0 0 2 薄板坯连铸机新型浸入式水 口 包燕平 田 乃 媛 徐保美 北京科技大学 冶金学 院 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 基于相 似原理 , 采 用 1 : 1 的水 模 型 , 模拟 了薄板坯 连铸结 晶器 内钢 液 的流场 . 采 用 S G 80 0 水 工数据 采集系统 对结 晶器 内液 面波动和 注流 冲击深度 进行 了定 量测 量 . 针 对薄板坯 连 铸高拉速 的需要 , 开发 了一 种新 型 的耗散 型浸 人式水 口 . 通 过研究耗散 水 口 上下 出 口 面积 比 、 出 口 角 度 以及 拉坯 速度对结晶器 液面 波动 和对结 晶器窄边 冲击情 况 的影响 , 找 出 了其中的 变 化规律 , 为优化耗散 式水 口 的结构 和工 艺参数 提供了理论依据 . 通 过与普通双侧孔水 口 的试 验 比较 , 证 明耗散 型水 口 是一 种适 合薄板坯 连铸高拉速生产 的新 型水 口 . 关 键词 薄板坯 连铸; 水模型 ; 结 晶器 ; 浸 人式水 口 ; 双 侧孔 水 口 ; 耗 散 型水 口 分类 号 T F 7 7 7 . 7 薄板坯 连铸 的核心 设 备是结 晶器 . 在浇铸 过程 中 , 结 晶器 内钢液 的流动 特征不仅影 响到 结 晶器 内钢液 的传 热和 夹杂物 的上浮 , 而且 还 影 响到初始凝 固坯 壳的形成 , 以及铸坯 的表 面 质量 . 由于薄板坯连铸拉速快 、 结 晶器 断面小 , 使 得结 晶器 内钢 水流动剧烈 , 这给结 晶器液面 的稳定 、 凝 固坯壳 的均 匀形成及连铸工 艺带来 了 新 的问题 . 因此优化 结晶器浸人式水 口 的结 构 , 研究适 应于高拉 速的新型 浸人式水 口 是改 善钢液 流动 、 提高连铸坯质量 的有效途径 . 水模型 试验是进行浸人式水 口 结构研究 的 有效手段 , 国外 薄板坯连铸技术较 发达 国家均 采用 此方 法进行研究 开发 〔回 . 本 文在现行 国 内 外薄板坯连铸机常用浸人式水 口 的优 化试验基 础 上 , 开发 了 一种新型 的适合 于高拉速需要 的 浸 人式水 口 — 耗散型 水 口 , 水 模型 试验结 果 表 明 , 相对 于 目前普遍采用 的薄板坯双侧孔 水 口 , 该水 口很 好的满足 了 高拉速薄板坯连铸 的 需 要 . 同时本 文对于这种耗 散型 浸人式水 口 的 结 构优化 , 进行 了 较深入 的研究 . 计算本试验选用 1 : 1 的试 验模 型 . 试 验原型 是 C S P 工艺 的漏斗型 结 晶器 , 结晶器断面 为 12 0 0 ~ 巧 0 ~ . 试 验整体装置 如图 1 所 示 . 循环水系统 集数 J氏部置衡 结晶器排水 { 代 门 阮 卜 晶器保护 排水系统 1 试验方法 结晶器 内的钢 液流动主要是 受惯性力 、 重 力及粘性力 的作用 . 根据相似理论 , 为保证模型 和原型相似 , 应确保两者的rF 数与 R e 数相等 . 经 收稿 日期 2 0 01 一 1 一4 包燕 平 男 , 38 岁 , 教授 * 国家 “ 九五 ” 科技 攻关 项 目( N o . 9 5 52 3 01 04 ) 图 1 试验 装置 F ig · 1 E x P e ir m e n t e q u i P m e n t 试验将 中国水科 院生产 的 S G 8 0 水工试验 数据采集 系统引人到结 晶器水模型 试验 中 . 系 统 由微机 、 电测仪 、 打印机及各 种传感器组成 , 采用该系统可 以 准确定 量地测 量结 晶器液面 的 波动 的大小 、 个数和 周期 . 同时结合流场显示技 术 , 可 以准确地测量 各工况条件 下注流在结 晶 器 内的冲击深度 . 试验选择结 晶器钢液面 的波 动大小 和水 口 注流 冲击深度作为评价结晶器 内钢液 流场 和判 断浸人 式水 口 效果 的指标 . 合理 的浸人式水 口 结构是 在高拉速下 , 即保证钢 液面不产生剧 烈 的波动 , 同时保 证较小 的注流 冲击深度 . 耗散型 水 口 和 目前普遍采用的双侧孔水 口 如图 2 所示 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 03. 050

Vol.24 包燕平等：薄板坯连铸机新型浸入式水口 ·263· 根据作者已经进行的试验结果可知”，对于双 如图3和图4所示 侧孔水口，可以通过调节水口的结构，如浸入式 由图3和图4可知，在6.5mmin高拉速条 水口的出口角度、出口面积和浸人深度，来改变 件下，常用的双侧孔水口其液面平均波高达到 液面波动和注流冲击深度.但是对于双侧孔水 了1.45cm,已经不能满足薄板坯连铸的需要. 口，无法解决的问题是，当需要减少结晶器液面 而耗散型水口同双侧孔水口相比，即使波高大 波动时，往往增加注流的冲击深度；而当需要减 大低于1.0cm,也可以有效地减小结晶器内钢 少注流的冲击深度时，往往增加结晶器液面波 液面的波动高度，同时也减小注流的冲击深度， 动.因此双侧孔水口不能满足薄板坯连铸的高 因此较好地满足了高拉速条件下，结晶器内钢 拉速需要.为解决这一问题，开发了耗散型水 液流动对浸入式水口的要求. 口.耗散型水口采用了每侧2个出流孔，如图2 从流场显示试验可以明显看到，当试验中 所示，2个出流孔的注流在水口附近相遇，相互 使用双侧孔水口时，注流从水口流出后，直接冲 撞击并混合，耗散了部分动量.因此适当的调节 击到结晶器窄边，并且分为上下2个流股，上流 2个出流孔的角度、面积等，可以有效地调节结 股流动方向向上，形成上部循环流，使液面产生 晶器液面的波动大小和注流的冲击深度，达到 波动；而下流股向下形成下部循环流，冲击凝固 既减小液面波动的大小，又减小注流的冲击深 坯壳.当连铸拉速较高时，上下部循环流都非常 度.试验中2种水口的出流孔的总面积相同，耗 剧烈，上部循环流加剧导致了液面波动剧烈；而 散水口的出流孔角度、出流孔面积比和拉速如 下部循环流加剧导致了注流冲击深度的增加； 表1所示. 因此双侧孔水口不能完全满足薄板坯连铸高拉 速的需要.对于耗散型水口，由于每侧有2个出 流孔，2股注流相互碰撞并相互混合，耗散了部 分动量，形成的合速度的值明显小于双侧孔水 口注流的出流速度，因此同时减弱了上下循环 流，即在减小了液面波动的同时，也减小了注流 冲击深度.因此耗散型水口可以满足薄板坯连 铸高拉速的需要 耗散型水口 双侧孔水口 2.0 拉速6.5mmin 图22种漫入式水口结构图 1.5 Fig.2 Two configurations of SEN 1.0 表1试验采用的耗敝型水口结构和工艺参数 Table 1 Experiment conditions of dissipotion SEN 5 水口上下水口上下孔角度)浸入深度/拉速/ 0 孔面积比上(a)·下(a) cm m.min- 耗散型水口 双侧孔水口 1 J 15 24.5 6.0 图3不同类型水口结晶器液面平均波高 1 子 15 24.5 6.0 Fig.3 Average surface wave height of each SEN 1.75 5 24.5 6.0 43拉速6.5mmin 24.5 6.0 0.57 15 24.5 6.0 41 15 24.5 4.0 15 5 24.5 5.0 39 15 5 24.5 6.0 37 15 5 24.5 6.5 耗散型水口 双侧孔水口 图4不同类型水口结晶器注流冲击深度 2试验内容及结果分析 Fig.4 Penetration depth of each SEN 21耗散水口和双侧孔水口的对比试验 2.22种水口在不同拉速条件下的试验结果 为研究高拉速条件下，耗散水口的使用效 在其他条件不变，仅改变拉速时得到的试 果，进行了和双侧孔水口的对比试验，试验结果 验结果如图5和图6所示

V b l 一 2 4 包燕 平等 : 薄板 坯连 铸机新 型浸入 式水 口 根据作 者已 经进行 的试验 结果可 知 「圳 , 对 于 双 侧孔水 口 , 可 以通 过调节水 口 的结构 , 如浸人式 水 口的 出口 角度 、 出 口面 积和 浸人深度 , 来改 变 液 面波 动和 注 流冲击 深度 . 但是对于 双侧孔水 口 , 无法解决 的问题是 , 当需要减少结晶器液 面 波动时 , 往往增加 注流的 冲击深度 ; 而当需要减 少注流 的冲击深度 时 , 往往增加结晶器液面波 动 . 因 此双侧孔 水 口 不 能满足薄板坯连铸 的高 拉速需要 . 为解决这一 问题 , 开发了 耗散型 水 口 . 耗散型 水 口 采用 了每侧 2 个 出流孔 , 如 图 2 所示 , 2 个出流孔的注流在水 口 附近相遇 , 相互 撞击并混合 , 耗散 了部分动量 . 因此适 当的调节 2 个 出流孔 的角度 、 面积等 , 可 以 有效地调节结 晶器液面的波动大小和 注 流的 冲击深度 , 达到 既 减小液面波动的大小 , 又减小注 流的 冲击深 度 . 试验 中 2 种水 口 的出流孔 的总面积相 同 , 耗 散 水 口 的 出流孔角度 、 出流孔面 积 比 和拉 速如 表 1 所示 . 呼护哪甲 、 、 ) 卜 . 、 , 沐 , { 户 口 l今岁尸长 乙 如 图 3 和 图 4 所示 . 由图 3 和 图 4 可 知 , 在 .6 5 m · m i n 一 ,高拉速条 件下 , 常用的双侧孔水 口 其液 面平 均波高达到 了 1 . 4 5 。 m , 已经不能满足 薄板坯连铸 的需要 . 而耗散 型水 口 同双侧孔 水 口 相 比 , 即使 波高大 大低于 1 . o c m , 也 可 以 有效地减小结 晶器 内钢 液面 的波动高度 , 同时也减小注 流的冲击深度 , 因此较好地满足 了高拉速条件 下 , 结 晶器 内钢 液流 动对浸人式水 口 的要求 . 从 流场显示试验可 以 明显看到 , 当试验 中 使用双侧孔水 口 时 , 注流从水 口 流 出后 , 直接 冲 击到结 晶器 窄边 , 并且分为上 下 2 个流股 , 上 流 股流 动方 向向上 , 形成上 部循环流 , 使液 面产生 波动 ; 而下流股 向下 形成下部循环流 , 冲击凝 固 坯壳 . 当连铸拉速较高时 , 上下 部循环流都非常 剧烈 , 上部循环流加剧导致 了液面 波动剧烈 ; 而 下 部循环流加剧导致 了 注流 冲击深度 的增加 ; 因此双侧孔水 口 不能完全满足薄板坯连铸高拉 速 的需要 . 对于 耗散型水 口 , 由于 每侧有 2 个 出 流孔 , 2 股注 流相互碰撞 并相互 混合 , 耗 散了 部 分 动量 , 形成的合速度 的值 明显小 于 双侧孔水 口 注流 的出 流速度 , 因此 同时减 弱了 上下循环 流 , 即 在减小 了液面 波动的同时 , 也减小 了注 流 冲击深 度 . 因此耗散 型水 口 可 以 满足薄板坯连 铸 高拉 速的需要 . 耗散 型水 口 双侧孔 水 口 图 2 2 种漫 入式水 口结构 图 F i g · 2 1从 尸 0 e o n ifg u ar tio n s o f S E N 表 1 试验 采用 的耗散型 水 口 结构和工 艺参数 介b l e 1 E x P e r im e n t c o n dit i o n s o f d i s s i P o t io n S E N 水 口上下 水 口 上下 孔角度o(/ ) 孔面积 比 上 ( a 人 ) ’ 下 ( a 。 ) 浸人深度 / 拉速 / 拉 速 .6 5 m · m in 一 , l摹黝 鬓 之框侧巨娜日 m · m i n 一 I 耗 散型 水 口 双 侧孔水 口 图 3 不 同类型 水 口结 晶器 液面平 均波 高 F i g · 3 vA e r a g e s u r fa c e w a v e h e馆h t o f e a c h S E N 铡书凭之送日 1 5 1 2 5 1 . 7 5 1 5 1 1 5 0 . 5 7 1 5 1 1 5 1 15 1 1 5 1 15 拉速 .6 5 m · m in 一 , : 瓢 瓢 2 试验内容及结果分析 .2 1 耗散水 口和双侧孔水 口 的对比试验 为研究 高拉速条件 下 , 耗散水 口 的使用 效 果 , 进行 了和 双侧孔水 口 的对 比试验 , 试验结果 耗散 型水 口 双 侧孔 水 口 图 4 不 同类型 水 口 结晶器 注流 冲击深度 F ig · 4 P e n e t r a iot n d e P t h o f e a c h S E N o0n八曰ù onno `J 6 `U产O4 ù I 乙àU 6 砚J ù I àō、曰产J ù一I ù、 àù、七亡飞J ù 巧55 24 .2 2 2 种水 口在不 同拉速条件下 的试验结果 在其他条件不变 , 仅改变拉速时得到的试 验结果 如图 5 和 图 6 所示

◆264· 北京科技大学学报 2002年第3期 1.6 1.4 2.3出口上下孔面积比对流场的影响 平均液面波高双侧) 1.0 在保证水口注流出孔的总面积不变的条件 b 双侧孔水口 0.8 下，仅改变了上下出流孔的面积比时得到的试 0.6 验结果如图7和图8所示. 0.4 0.2 耗散型水口 图7中可以发现，当水口两侧上下孔面积 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 比增大时，结晶器内液面波高也随之而明显地 v/m.min 增高.这是因为当水口两侧上下孔面积比增大 图5拉速对液面波动的彩响 时，即上孔面积增大，则上孔的流股变大，引起 Fig.5 The effect casting speed on surface turbulence 上回流的强度加剧，从而使得液面波动加剧.试 45 验结果可知，在上下孔面积比为0.57到1.75的 40 双侧孔水口 变化范围内，都可以满足薄板坯连铸的要求， 由图8可知，当水口两侧上.下孔面积比增 耗散型水口 大时，从水口出流孔出来的流股对结晶器窄边 0 的冲击深度在逐渐减小.这是由于水口两侧上 4.0 4.5 5.0 5.5 6.06.5 下孔面积比增大时，也即上孔面积的增大趋势 v/m.min 图6拉速对冲击深度的影响 较下孔的大，因而增大了上回流的强度，而下回 Fig.6 The effect casting speed on penetration depth 流的强度减弱，这样就减小了流股对结晶器窄 边的冲击深度.由此可见，耗散型水口可以通过 由图5直线得： 双侧孔水口y=0.34x-1.35 (1) 改变上下孔面积比调整结晶器内液面的波动大 耗散型水口y=0.1632x-0.4606 (2) 0.48 双侧孔水口y'=2.25x+28.038 (3) 0.46 耗散型水口y'=0.89x+33.075 (4) 0.44 v=6m.min 式中，x,y分别表示拉速和液面高度；y表示冲 日0.42 击深度. 奚0.40 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 由图5和图6可以看到，随拉速的增大，结 上下孔面积比 晶器内液面波动波高和流股对结晶器窄边的冲 图7水口上下孔面积比对液面波动的影响 击深度都增加，但与双侧孔水口相比较，耗散水 Fig.7 Effect of outlet's ratio of area on surface turbulence 口随拉速的增加，其液面波高和注流冲击深度 四 的曲线的斜率都较小，而双侧孔水口其液面波 v=6m.min 39 高和注流冲击深度都增加，变化非常明显.因此 在高拉速条件下2种水口的差别非常明显.耗 38 散型水口在高拉速条件下很好的满足了薄板坯 37 连铸的需要.而双侧孔水口在拉速较低的条件 下，可以满足薄板坯连俦的需要，当拉速达到 0 0.8 1.2 1.6 2.0 上下孔面积比 5.5m/min以上时，其液面平均波高已经接近10 图8水口上下孔面积比对冲击深度的影响 mm,不能满足薄板坯连铸高拉速的需要 Fig.8 Effect of outlet's ratio of area on penetration depth 表2耗散型水口注流出口上下孔角度变化对流场的影响（拉速v=6mmi加） Table 2 The effect of outflow angle of dissipation SEN on flowfield 出口角度/() 各测点液面波动高度/cm 试验号 冲击深度/cm tgatgas 上(a) 下(a) 9 10 11 平均 左 右 平均 25 15 1.7 0.52 0.51 0.44 0.49 40 38 39 2 25 15 1.7 0.42 0.44 0.42 0.43 40 38 39 3 15 5 3.1 0.68 0.62 0.61 0.64 39 38 38.5 4 15 5 3.1 0.49 0.53 0.59 0.54 39 38 38.5

一 4 6 2 0 0 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 3 - 2 2 1 · 厂 6 一 一 一 一 一一 一 - - I · 4 r l · 卜了 平均液面波高 风钡归 2 l · 0 申 ’ 0 十 . 8 0 “ . { _ 一 ` ’ 拦拼一一 . 一 U 一 一 一 一 一 一 L J - - - - - - - - , , 孟 ’ 双侧孔水 口 日。、侧褪闷澳 耗散型水 口 4 . 0 4 . 5 5 . 0 5 . 5 v / m · m i n 一’ 图 S 拉速 对液 面波动 的影 响 Fi g . 5 T h e e fe e t e a s it n g s P e e d o n s u far e e t u r b u l e n c e 4 5 厂一 一一一 一一 一一一 双侧孔水 日 二二三` 耗散型水 口 .2 3 出口 上下 孔面积比对流场的影响 在保证水 口 注流 出孔 的 总面积不变 的条件 下 , 仅改变 了上 下出流孔 的面积 比时得到 的试 验结 果如 图 7 和 图 8 所示 . 图 7 中可 以发现 , 当水 口 两侧 上下孔面积 比增大时 , 结晶器 内液 面 波高也随之而 明显 地 增高 . 这是 因 为 当水 口 两侧 上下孔面积 比增 大 时 , 即上孔 面积增大 , 则 上孔 的流股变 大 , 引起 上 回流的强度加剧 , 从而使 得液面波动加剧 . 试 验结果可 知 , 在 上 下孔面积 比 为 .0 57 到 1 . 75 的 变化范 围 内 , 都 可 以满足薄板坯 连铸的要求 . 由图 8 可 知 , 当水 口 两侧上下孔 面 积 比增 大时 , 从水 口 出 流孔 出来 的流股对结 晶器窄边 的冲击深 度在逐渐减小 . 这是 由于水 口两侧 上 下孔 面积 比增大 时 , 也 即上孔面积 的增 大趋 势 较下孔的大 , 因而增大 了上 回流 的强度 , 而 下 回 流 的强度 减弱 , 这样 就减小 了流股对 结晶器窄 边 的冲击深度 . 由此可见 , 耗散型水 口 可 以通过 改变上下孔面积 比调整结 晶器 内液 面 的波动大 nU亡J 4O 内j ù、 侧拍免之蜓日 4 . 0 4 . 5 5 . 0 5 . 5 6 . 0 6 . 5 v / m · m i n 一 ’ 图 6 拉 速对 冲击 深度 的影 响 F i g · 6 T h e e fe c t c a s it n g s P e e d o n P e n e t r a it o n d e P t h 由图 5 直线得 : 双侧孔水 口 y = .0 3 4x 一 1 . 35 ( l) 耗散型 水 口 夕= 0 . 1 6 3 2x 一 0 . 4 6 0 6 ( 2 ) 双侧孔水 口 夕 ` 一 2 . 2 5+x 2 8 . 0 3 8 ( 3 ) 耗散型 水 口 丫二 o .8 9x + 3 3 .0 75 ( 4 ) 式 中 , x , y 分 别表示拉 速和 液面高度 ; y ` 表示 冲 击深度 . 由图 5 和 图 6 可 以看到 , 随拉 速的增大 , 结 晶器 内液面波动波高和 流股对结 晶器窄边 的冲 击深度都增加 , 但与双侧孔水 口 相 比较 , 耗散水 口 随拉速 的增 加 , 其 液面波高 和注 流冲击深度 的曲线 的斜率都 较小 , 而双侧孔水 口 其 液面波 高和 注流冲击 深度都增加 , 变化非常明显 . 因此 在高拉速条件 下 2 种水 口 的差别 非常明显 . 耗 散型 水 口 在高拉速 条件下很好 的满足 了薄板坯 连铸 的需要 . 而双侧孔水 口 在拉速较低 的条件 下 , 可 以满 足薄板坯连铸 的需 要 , 当拉 速达到 5 . 5 m /m in 以上时 , 其液 面平均波高 已经 接近 or ~ , 不 能满足薄板坯 连铸高拉速 的需 要 . 0 . 4 8 0 . 4 6 0 . 4 4 0 . 4 2 0 . 4 0 铡框写樱之斗旧日 0 . 4 0 . 8 1 . 2 上 下孔 面积 比 6 2 . 0 图 7 水 口上 下孔 面积 比对 液面 波动 的影响 iF g . 7 E fe e t o f o u tl e t , 5 r a t i o o f a r e a o n s u r fa e e t u r b u l e n e e ó只勺C,U 产 4 傀j ,内j à、 日。侧书几、迷 0 . 4 0 . 8 1 . 2 上下孔 面 积 比 6 2 . 0 图 8 水 口上 下孔 面积 比对冲 击深 度 的影响 F i g . 8 E fe e t o f o u t l e t , 5 r a t i o o f a r e a o n P e n e t r a t i o n d e P th 表 2 耗散 型水 口注 流 出 口上 下孔角 度变 化对流 场 的影 响(拉 速 v = 6 m · m in aT b l e 2 T h e e fe e t o f o u tfl ow a n g l e o f d is s i P a ti o n S E N o n n o w if e l d 试验号 出 口 角度 / (o) 上 ( a ^ ) 下 ( a B ) 各测 点液 面波动高度c/ m 冲击深度 c/ m 平均 39.85 左一4039 右一38 心ù、 44 J 斗6 `J … nU 0 叶月`,n ,I C 6 、ùJ … 4 n00 `, 64 , ù乙八,09 、éù 4 `U . … 八U o ū月了/ 曰n ,1 . .1 . … , .1J I à内、, j 2 5 2 5 l 5 l 5 l 5 1 5

Vol.24 包燕平等：薄板坯连铸机新型浸入式水口 ·265· 小和注流的冲击深度. 面波动高度和冲击深度，得到适合薄板坯连铸 2.4注流出孔上下孔角度对流场的影响 的耗散型水口结构 在其他试验条件不变的情况下，仅变化注 参考文献 流出口上下孔角度时得到的试验结果如表2所 示.随着ga/tga的值的增大，即水口出孔角度 1 Flemming G,Hofmann F.The CSP Plant Technology and Its Adaptation to an Expanded Production Program [J]. 向下移动，从耗散水口的上下孔出来的流股对 MPT International,1993,16(2):84 结晶器窄边的冲击深度呈减小的趋势，而结品 2 Wang Y H.A Study of the Effect of Casting Conditions on 器内液面平均波高却呈上升的趋势.因此可以 Fluid Flow in the Mould Using Water Molding[C].[in: 通过改变耗散型水口的出孔角度来改变结晶器 Steelmaking Conference Proceedings.A Publication ofthe 内液面的波高和注流冲击深度.从试验结果看， Iron and steel Society,1990.473 3 Gupta D,Lahiri A K.A Water Model Study of the Flow 这种方法使耗散型水口的液面波动大小均可以 Asymmetry Inside a Continuous Slab Casting Mould[C]. 满足薄板坯连铸需要 Metall Mater Trans B,1996,27B(10):757 3结论 4 Herbertson J,He QL,Flint P J,Mahapatra R B.Modeling of Metal Delivery to Continuous Casting Moulds[J].[in: (1)对比试验结果证明，耗散型水口相对于 Steelmaking Conference Proceedings.A Publication of the 目前常用的双侧孔水口更适合于薄板坯连铸高 Iron and steel Society,1991.171 5包燕平，祝三胜，田乃媛，等薄板坯连铸结晶器水模 拉速的需要.在高拉速条件下，耗散型水口既可 型试验研究J】.特殊钢，1998,19(2)：7 以减小结晶器内钢液的液面波动，又可以减小 6包燕平，祝三胜，田乃嫒，等.薄板坯连铸机浸入式水 注流的冲击深度 口的结构优化[)北京科技大学学报，1999,21(2)：135 (2)通过调整耗散型水口的结构，可以有效 7 Bao Yanping.Experimental Study of Fluid Flow in Thin 地改变结晶器内钢液的流场，满足薄板坯高速 Slab Continuous Caster Mould with Water-Model [J] 连铸的需要.试验结果表明，改变耗散型水口的 Journal of University of Science and Technology Beijing, 1999,6(1):15 上下孔的面积比和角度比都可以调整结品器液 New Subermerged Entry Nozzle in Thin Slab Caster BAO Yanping,TIAN Naiyuan,XU Baomei Metallurgy School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Based on the Similarity criteria,series water modeling experiments have been carry out to investigate the fluid flow in the mould of thin slab continuous caster by 1:1 ratio water-modeling simulation systems.SG800 hydraulic test data sampling system is applied to investigate the wave amplitude and impe- tus.In order to satisfy the demand of thin slab caster at high speed,a new structure SEN Submerged Entry Nozzle)-Dissipation SEN have been invented.The effects of dissipation nozzle's structure,outlets'ratio of area,outlet angle and casting speed on fluid flow in the mould have been investigated.The experimental re- sults proved that the dissipation SEN could satify the need of fluid flow condition in the mould at high speed. KEY WORDS thin slab continuous casting mould;water-modeling;submerged entry nozzle(SEN);dis- sipation SEN;two side outlet SEN

Vb l . 2 4 包燕 平等 : 薄板坯 连铸机 新型浸 入式 水 口 一 2 6 5 - 小和注流 的冲击深度 . .2 4 注流出孔上下孔角度对流场的影响 在 其他试验条件不变的情况下 , 仅变 化注 流 出口 上 下 孔角度时得到的 试验结果如表 2 所 示 . 随着gt a^ t/ g a B 的值 的增 大 , 即水 口 出孔 角度 向下移 动 , 从耗散水 口 的上下孔 出来 的流 股对 结晶器 窄边 的 冲击深度呈减小的 趋势 , 而结 晶 器内液面平 均波高却呈 上升的趋势 . 因此 可 以 通 过改变耗散型 水 口 的出孔角度来改变结 晶器 内液面 的波高和 注流冲击深度 . 从试验结果看 , 这种方法使耗散型 水 口 的液面波动大小均 可 以 满足薄板坯 连铸需要 . 面波动高度和 冲击深度 , 得 到适合薄板坯连铸 的耗 散型 水 口 结构 . 3 结论 ( l) 对 比试验结果证 明 , 耗散型 水 口 相对于 目前常用的双侧孔水 口 更适合于 薄板坯连铸高 拉速的需要 . 在高拉速条件下 , 耗散型水 口 既可 以减小结晶器 内钢液 的液面 波 动 , 又 可 以 减小 注流 的冲击深度 . (2 )通过调 整耗散型 水 口 的结构 , 可 以 有效 地改变结晶器 内钢液 的流场 , 满足薄板坯 高速 连铸 的需要 . 试验结果表明 , 改变耗散型 水 口 的 上 下孔 的面 积 比和角度 比都可 以调整结晶器液 参 考 文 献 1 F l e m m i n g G , H o 加an n E hT e C S P P lan t eT c hn o l o gy an d It s A dap at it on ot an E x P a n d e d P r o d u e t i o n Por g r a m 〔J ] . M P T Iin e m at i o n a l , 19 9 3 , 16 (2 ) : 8 4 Z W白n g Y H . A Sut dy o f ht e E fe c t o f C a s t i n g C o n d i t i o n s o n F l u id F l o w i n t h e M o u ld U s i n g Ma/ t e r M o ld i n g [ C』 . [ i n :』 S t e e lm ak i n g C on fer e n c e rP o c e e d i n g s . A P u bl i e a t ion o f ht e I r o n an d s et e l S o e i e yt, 19 9 0 . 4 7 3 3 G u Pt a D , L ha i r i A K . A 从a/ t e r M o d e l s ut dy o f ht e F l o w A s y m m e ytr I n s id e a C o in i n u o u s S lab C a s t i n g Mo u ld [C ] . M e t a ll M at e r rT an s B , 1 9 9 6 , 2 7 B ( 10 ) : 7 5 7 4 H e br e rt s o n J , H e Q L , F liin P J , M ha ap atr a R B . M o d e l i n g o f M e t a l D e li v e yr t o C o n t i n u o u s C a s t i n g M o u ld s【J l . [i n : ] S t e e lm ak i n g C o n fe r e n e e Por e e e di n g s . A P u b li c at i o n o f th e I r o n a n d s t e e l S o e i e yt, 1 9 9 1 . 1 7 1 5 包燕 平 , 祝三 胜 , 田乃媛 , 等 . 薄板 坯连 铸结 晶器水模 型试验研究 [J」 . 特殊钢 , 1 9 9 8 , 1 9 ( 2 ) : 7 6 包燕 平 , 祝三 胜 , 田乃媛 , 等 . 薄板 坯连 铸机浸 人式水 口 的结 构优化 [ J ] . 北 京科技 大学学 报 , 19 9 9 , 2 1 ( 2 ) : 1 3 5 7 B ao aY n Pi n g . EXP e r i m e n at l S ut dy o f F l u id F l o w i n T h i n S lab C o nt i n u o u s C a s t e r Mo u ld w iht Va/ t e r 一 M o d e l [J ] . J o u m a l o f U n i v e r s iyt o f s e i e n e e an d eT e hn o l o g y B e ij i n g , 1 9 9 9 , 6 ( l ) : 1 5 N e w S ub e mr e gr e d E n t yr N o z z l e i n T h i n S l a b C a s t e r BA O aY nP in g , 刀刁N ’N 2 iy u a n , 万U B a o m e i M e at ll u 笔y S e h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij ign 10 0 0 8 3 , C h in a A B S T R A C T B a s e d o n ht e S im il ar ity e r it e r i a , s e r i e s w at e r m o d e li n g e xP e r im e nt s h va e b e e n c a ir y o ut t o i n v e s t i g at e th e fl u id fl o w i n ht e m o u ld o f ht i n s lab e o n t i n u o u s e a s t e r b y l : 1 r at i o w at e r 一 m o d e li n g s i mu lat i o n s y s et m s . S G 8 0 0 勿dr a u li c t e s t d at a s am Pli n g s y s t e m 1 5 ap Pli e d t o ivn e s t ig a t e ht e w a v e am Pllt u d e an d im Pe - ut s . nI or d e r t o s a ti s fy ht e d e m an d o f ht i n s l a b c a s et r a t h igh sP e e d , a n e w s trU e tUr e S E N ( S u bm e gr e d 劲仰 N o z z l e ) 一 D i s s iPat i o n S E N h a v e b e e n ivn e net d . T h e e fe e t s o f d i s s iPat i o n n o z l e , 5 s utr c utr e , o ut l e t s , r at i o o f ar e a , o ut l e t a n g l e an d e a s t i n g s P e e d o n fl u id fl o w i n ht e m o u ld h va e b e e n i n v e s t i g at e d . T h e e x Pe r im e nt a l r e - s u lt s Por v e d ht at t h e d i s s iPat i o n S EN e o u ld s at i fy ht e n e e d o f fl u id fl o w c o n d it i o n i n ht e m o u ld at h ihg s P e e d . K E Y WO R D S ht i n s lab c o in i n u o u s c a s t i n g m o u ld: w at e r 一 m o d e li n g : s ub m e gr e d e n t yr n o z z l e ( S E N ) : d i s - s iPat i o n S E N : wt o s id e o u t l e t S E N