第6期 王现辉等：CSP结晶器内卷渣的瞬态特征 767。 45mmin的情况下，当水口浸入深度由220mm 透深度，致使涡尖可以脱落进入结晶器流场内，称之 增加到310mm时，p由0.2减小到0.167，减小的 为有效涡，如图3中B:否则称之为无效涡，如图3 趋势较明显但幅度不大， 中A,无效涡不会造成卷渣. 拉速大不但液面连续剪切卷渣的即大，卷进 实验发现，液面稳定态时基本不会出现有效涡， 液渣的粒度直径也越大，保护渣卷入的速度较快. 液面失稳态时容易出现有效涡，尤其是水口两侧的 22.2漩涡卷渣 液面失稳态非对称时形成的卡门涡.统计拉速及水 研究发现，双侧孔水口下CSP结晶器内漩涡卷 口浸入深度对液面漩涡的影响如图7所示.可见， 渣较剪切卷渣弱的多.而且，并非所有的漩涡都可 无效涡产生的频率要远高于有效涡：拉速越大，有效 以造成液面卷渣.按照出现漩涡对卷渣的效果，可 涡出现的频率越高；水口浸入深度越小，有效涡出现 分为有效涡和无效涡.漩涡强度较大，有足够的穿 的频率越高：相对而言，拉速对其影响较大， (a (b) ·一有效涡 ◆一有效涡 。一无效涡 ● 。-无效涡 5 结晶器宽度：1200mm 结品器宽度：1200mm 水口浸人深度：250mm 拉速：45mmin 水口倾角：-50° 水口倾角：-50° 2 4.4 4.6 4.8 5.0 220 240 260 280300 320 拉速/(m,min) 水口浸入深度mm 图7拉速（及水口浸入深度(b)对液面漩涡的影响 Fig 7 Influence of casting speed (a)and im paction depth (b)on wortexes 2.3被卷入液渣滴的运动及上浮 发生漩涡卷渣，如图8(a)中，渣滴从位置1脱落，脱 以上研究对CSP结晶器内液面保护渣从液面 落的渣滴有近一半向水口方向运动并在水口附近上 的脱落进入钢液内情况进行了讨论，但是脱落的渣 浮到液面去除，如图中2，剩下的渣滴被较强上回 滴并非完全被捕获进入铸坯中.CSP结晶器内流场 流带到水口附近位置2，在此处与水口主流股汇合： 运动复杂，势必造成渣滴在其内运动也比较复杂. 此时渣滴随主流股上侧一起向结晶器窄面运动，运 图8()表示液面失稳态时渣的卷入和运动状 动过程中较大的渣滴，在主流股强大剪切作用下粉 态，图8(b)表示液面稳定态时渣滴运动状态.假设 碎成细小的渣滴，如图8()中3；被粉碎的细小渣滴 图8(a)表示结晶器内液面的第1个失稳态，之前结 随主流股冲击窄面后，大部分随上回流股向上运动， 晶器内没有卷渣.液面MDD开始后，液面B位置 小部分随下流股沿结晶器窄面向下运动，如图8() 开始发生连续的剪切卷渣，C位置时而出现有效涡， 中5：此时，流场内结晶器上部形成两个较大的漩涡 图8结品器内渣滴的运动示意图.（液面失稳态时的渣滴运动：(b)液面稳定态时渣滴运动 Fig 8 Schematic of slag dops movement in the mould4.5 m·min -1的情况下, 当水口浸入深度由 220 mm 增加到310mm 时, ηtrap由0.2 减小到0.167, 减小的 趋势较明显但幅度不大. 拉速大不但液面连续剪切卷渣的 ηtrap大, 卷进 液渣的粒度直径也越大, 保护渣卷入的速度较快. 2.2.2 漩涡卷渣 研究发现, 双侧孔水口下 CSP 结晶器内漩涡卷 渣较剪切卷渣弱的多.而且, 并非所有的漩涡都可 以造成液面卷渣.按照出现漩涡对卷渣的效果, 可 分为有效涡和无效涡.漩涡强度较大, 有足够的穿 透深度, 致使涡尖可以脱落进入结晶器流场内, 称之 为有效涡, 如图 3 中 B ;否则称之为无效涡, 如图 3 中 A, 无效涡不会造成卷渣. 实验发现, 液面稳定态时基本不会出现有效涡, 液面失稳态时容易出现有效涡, 尤其是水口两侧的 液面失稳态非对称时形成的卡门涡 .统计拉速及水 口浸入深度对液面漩涡的影响如图 7 所示 .可见, 无效涡产生的频率要远高于有效涡;拉速越大, 有效 涡出现的频率越高 ;水口浸入深度越小, 有效涡出现 的频率越高 ;相对而言, 拉速对其影响较大 . 图 7 拉速( a) 及水口浸入深度( b) 对液面漩涡的影响 Fig.7 Influence of casting speed ( a) and im paction depth ( b) on vortexes 2.3 被卷入液渣滴的运动及上浮 以上研究对 CSP 结晶器内液面保护渣从液面 的脱落进入钢液内情况进行了讨论, 但是脱落的渣 滴并非完全被捕获进入铸坯中 .CSP 结晶器内流场 运动复杂, 势必造成渣滴在其内运动也比较复杂. 图 8( a) 表示液面失稳态时渣的卷入和运动状 态, 图 8( b) 表示液面稳定态时渣滴运动状态 .假设 图 8( a) 表示结晶器内液面的第 1 个失稳态, 之前结 晶器内没有卷渣 .液面 MDD 开始后, 液面 B 位置 开始发生连续的剪切卷渣, C 位置时而出现有效涡, 发生漩涡卷渣, 如图 8( a) 中, 渣滴从位置 1 脱落, 脱 落的渣滴有近一半向水口方向运动并在水口附近上 浮到液面去除, 如图中 2 ＊, 剩下的渣滴被较强上回 流带到水口附近位置 2, 在此处与水口主流股汇合; 此时渣滴随主流股上侧一起向结晶器窄面运动, 运 动过程中较大的渣滴, 在主流股强大剪切作用下粉 碎成细小的渣滴, 如图 8( a) 中 3 ;被粉碎的细小渣滴 随主流股冲击窄面后, 大部分随上回流股向上运动, 小部分随下流股沿结晶器窄面向下运动, 如图 8( a) 中 5 ;此时, 流场内结晶器上部形成两个较大的漩涡 图 8 结晶器内渣滴的运动示意图.( a) 液面失稳态时的渣滴运动;( b) 液面稳定态时渣滴运动 Fig.8 Schematic of slag drops' movemen t in the mould 第 6 期 王现辉等:CSP 结晶器内卷渣的瞬态特征 · 767 ·