·518 北京科技大学学报 第36卷 也开始往上折返并向水口附近靠近，形成下回流. 凸底水口.从上回流的形态来看，其发达程度依次 在当前的工艺参数条件下，三种水口对应的流场都 为凸底水口>平底水口>凹底水口.从下回流的形 是所谓的双辊流(double-roll flow).此外，从对称性 态来看，其发达程度与上回流的相反.流股发达程 上来看，凹底水口和平底水口条件下的对称性优于 度依次为凹底水口>平底水口>凸底水口. 4 44 图4拉速为1.8mmim,浸入深度为150mm时墨水在结晶器内的耗散.(a)凹底水口：(b)平底水口：(c)凸底水口 Fig.4 Ink dispersion in the molds at the casting speed of 1.8mminand the nozzle immersion depth of 150 mm:(a)well-bottom nozzles:(b) flat-bottom nozzles:(c)mountain-bottom nozzles 2.2水口底部形状对结晶器液面波动的影响 和平底水口的平均波高的最大值分别为7.8、5.0 本实验选用三种不同的水口底部形状研究 和4.7mm.可见不管是在低拉速还是在高拉速 不同水口底部形状对结晶器自由液面波动的影 条件下，凸底水口下液面波动都大于凹底和平底 响.图5(a)和图5(b)分别是水口浸入深度为 水口.尤其在高拉速时表现得更为明显.这与笔 150mm,拉速为1.4和1.8m·min-1时液面的平 者以往的研究结果、Zhang等6和Chaudhary 均波高.当拉速为1.4m·min-'时，凸底、凹底和 等m的报道相符.凹底水口条件下的液面波动 平底水口的平均波高的最大值分别为6.1、4.4 与平底水口下的液面波动值在低拉速与高拉速 和4.3mm;当拉速为1.8 m'min时，凸底、凹底 时相差不大 ·凸底 12 。凸底 ■四底 ■世底 ▲平底 ▲平底 6 94 4 ▲ 3 拉速：1,4m*mi 浸入深度：150mm 0叶拉速：1.8mmim 浸人深度：150mm 000 200300400500 600 100 200300400500600 距水口中心距离m 距水口中心距离/mm 图5不同拉速时水口底部形状对液面平均波高的影响.(a)1.4 m'min-1:(b)1.8 m'min-I Fig.5 Effect of bottom shapes on the level fluctuation at different casting speeds:(a)1.4mmin:(b)1.8m*min- 2.3水口底部形状对表面流速的影响 表面缺陷.此外，从图6(b)可知：在高拉速条件 图6(a)和图6(b)分别是拉速为1.4和1.8m· 下，平底水口的表面流速稍大于凹底水口.可能的 min-时，水口浸入深度为110~190mm时水口底部 原因是在高拉速条件下，相对于平底和凸底水口， 凹凸性对平均表面流速的影响.在拉速为1.4m· 凹底水口中的凹底可以较大地耗散流股的冲击能 min-'时，三种水口条件下的表面流速差别不是很 量，使得上回流变得不太发达，导致表面流速变 大，最大表面流速的范围是0.22~0.27m·s-1;但是 小.这也与图4(a)显示的凹底水口下结晶器内的 当拉速为1.8m·min-时，凸底水口下结晶器液面的 流场吻合. 最大的平均表面流速达到0.41m·s,超过了 2.4凹底水口井深对液面特征的影响 Kubota等口得到的最大表面流速极大值，在实际生 2.4.1凹底水口井深对结晶器液面波动的影响 产过程中如果使用这种水口且不使用电磁制动的条 根据前文的讨论可知：在高拉速条件下，凹底水 件下极易发生保护渣的卷渣，导致最终冷轧产品的 口条件下的表面流速要比平底的小，且液面波动与北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 也开始往上折返并向水口附近靠近，形成下回流． 在当前的工艺参数条件下，三种水口对应的流场都 是所谓的双辊流( double-roll flow) ． 此外，从对称性 上来看，凹底水口和平底水口条件下的对称性优于 凸底水口． 从上回流的形态来看，其发达程度依次 为凸底水口 ＞ 平底水口 ＞ 凹底水口． 从下回流的形 态来看，其发达程度与上回流的相反． 流股发达程 度依次为凹底水口 ＞ 平底水口 ＞ 凸底水口． 图 4 拉速为 1. 8 m·min － 1，浸入深度为 150 mm 时墨水在结晶器内的耗散． ( a) 凹底水口; ( b) 平底水口; ( c) 凸底水口 Fig． 4 Ink dispersion in the molds at the casting speed of 1. 8 m·min － 1 and the nozzle immersion depth of 150 mm: ( a) well-bottom nozzles; ( b) flat-bottom nozzles; ( c) mountain-bottom nozzles 2. 2 水口底部形状对结晶器液面波动的影响 本实验选用三种不同的水口底部形状研究 不同水口底部形状对结晶器自由液面波动的 影 响． 图 5( a) 和 图 5 ( b) 分别是水口浸入深度为 150 mm，拉速为 1. 4 和 1. 8 m·min － 1 时液面的平 均波高． 当拉速为 1. 4 m·min － 1 时，凸底、凹底和 平底水口的平均波高的最大值分别为 6. 1、4. 4 和 4. 3 mm; 当拉速为 1. 8 m·min － 1 时，凸底、凹底 和平底水口的平均波高的最大值分别为 7. 8、5. 0 和 4. 7 mm． 可见不管是在低拉速还是在高拉速 条件下，凸底水口下液面波动都大于凹底和平底 水口． 尤其在高拉速时表现得更为明显． 这与笔 者以往 的 研 究 结 果［15］、Zhang 等［16］和 Chaudhary 等［17］的报道相符． 凹底水口条件下的液面波动 与平底水口下的液面波动值在低拉速与高拉 速 时相差不大． 图 5 不同拉速时水口底部形状对液面平均波高的影响． ( a) 1. 4 m·min － 1 ; ( b) 1. 8 m·min － 1 Fig． 5 Effect of bottom shapes on the level fluctuation at different casting speeds: ( a) 1. 4 m·min － 1 ; ( b) 1. 8 m·min － 1 2. 3 水口底部形状对表面流速的影响 图 6( a) 和图 6( b) 分别是拉速为 1. 4 和 1. 8 m· min － 1 时，水口浸入深度为 110 ～ 190 mm 时水口底部 凹凸性对平均表面流速的影响． 在拉速为 1. 4 m· min － 1 时，三种水口条件下的表面流速差别不是很 大，最大表面流速的范围是 0. 22 ～ 0. 27 m·s － 1 ; 但是 当拉速为 1. 8 m·min － 1 时，凸底水口下结晶器液面的 最大的平均表面流速达到 0. 41 m·s － 1 ，超 过 了 Kubota等［1］得到的最大表面流速极大值，在实际生 产过程中如果使用这种水口且不使用电磁制动的条 件下极易发生保护渣的卷渣，导致最终冷轧产品的 表面缺陷． 此外，从图 6 ( b) 可知: 在高拉速条件 下，平底水口的表面流速稍大于凹底水口． 可能的 原因是在高拉速条件下，相对于平底和凸底水口， 凹底水口中的凹底可以较大地耗散流股的冲击能 量，使得上回流变得不太发达，导致表面流速变 小． 这也与图 4( a) 显示的凹底水口下结晶器内的 流场吻合． 2. 4 凹底水口井深对液面特征的影响 2. 4. 1 凹底水口井深对结晶器液面波动的影响 根据前文的讨论可知: 在高拉速条件下，凹底水 口条件下的表面流速要比平底的小，且液面波动与 ·518·